CC BY
19
MPK A01B 29/02 (2006.01), zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO «Ulianovskaya GSKhA im. P.A. Stolypina», No 2014146180/13, zayavl. 17.11.2014, opubl. 10.11.2015, Byul. No 31. (In Russian)
13. Kurdyumov V.I., Sharonov I.A., Egorov A.S. Orudiye dlya prikatyvaniya pochvy [Soil rolling tool], pat. 2585075 RF. MPK A01B 29/02 (2006.01), zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO «Ul'ianovskaya GSKhA im. P.A. Stolypina», No 2014146145/13, zayavl. 17.11.2014, opubl. 27.05.2016, Byul. No 15. (In Russian)
14. Kurdyumov V.I., Sharonov I.A., Egorov A.S. Orudiye dlya prikatyvaniya pochvy [Soil rolling tool], pat. 2582988 RF. MPK A01B 29/02 (2006.01), zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO «Ul'ianovskaya GSKhA im. P.A. Stolypina», No 2014152584/13, zayavl. 24.12.2014, opubl. 27.04.2016, Byul. No 12. (In Russian)
15. Chatkin M.N. Kinematika i dinamika rotatsionnykh pochvoobrabatyvayushchikh rabochikh organov s vintovymi elementami: monografiya [Kinematics and dynamics of rotary tillage working bodies with screw elements: monograph], pod red. V.I. Medvedeva, P.P. Lezina, Saransk: Izd-vo Mordov. un-ta, 2008, 316 p. (In Russian)
16. Mazitov N.K. Sakhapov R.L., Arkhipov S.M., Ga-lyautdinov N.Kh. Matematicheskoe opisaniye mulchirovaniya prutkovym katkom [Mathematical description of mulching by bar roller], Tekhnika v selskom khozyaystve, 2005, No 4, pp. 24-26. (In Russian)
17. Tupitsyn N.V. Doleyshek Ya.V., Karpukhin B.V., So-rokin A.I. Effektivnost' posle posevnogo prikatyvaniya ozimykh [Efficiency of post-sowing rolling of winter crops], Izvestiya Oren-burgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2004, No 2 (2), pp. 44-45. (In Russian)
Сведения об авторах
Шаронов Иван Александрович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Агротехнологии, машины и безопасность жизнедеятельности», ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина» (г. Ульяновск, Российская Федерация). Тел.: 8 (8422) 55-95-72. E-mail: ivanshar2009@yandex.ru.
Курдюмов Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Агротехнологии, машины и безопасность жизнедеятельности», ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина» (г. Ульяновск, Российская Федерация). Тел.: 8 (8422) 55-95-95. E-mail: vik@ugsha.ru.
Исаев Юрий Михайлович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Математика и физика», ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина» (г. Ульяновск, Российская Федерация). Тел.: 8 (8422) 55-95-49. E-mail: isurmi@yandex.ru.
Курушин Виктор Валерьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Агротехнологии, машины и безопасность жизнедеятельности», ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина» (г. Ульяновск, Российская Федерация). Тел.: 8 (8422) 55-95-72. E-mail: kurushin.viktor@yandex.ru.
Information about the authors
Sharonov Ivan Aleksandrovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Agrotechnologies, machines and life safety department, FSBEI HE «Ulyanovsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin» (Ulyanovsk, Russian Federation). Phone: 8 (8422) 55-95-72. E-mail: ivanshar2009@yandex.ru.
Kurdyumov Vladimir Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of the Agrotechnologies, machines and life safety department, FSBEI HE «Ulyanovsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin» (Ulyanovsk, Russian Federation). Phone: 8 (8422) 55-95-95. E-mail: vik@ugsha.ru.
Isaev Yuri Mikhailovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of the Mathematics and physics department, FSBEI HE «Ulyanovsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin» (Ulyanovsk, Russian Federation). Phone: 8 (8422) 55-95-49. E-mail: isurmi@yandex.ru.
Kurushin Viktor Valerievich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Agrotechnologies, machines and life safety department, FSBEI HE «Ulyanovsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin» (Ulyanovsk, Russian Federation). Phone: 8 (8422) 5-95-72. E-mail: kurushin.viktor@yandex.ru.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.363.7
ИССЛЕДОВАНИЕ СПИРАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ КОРМОВ © 2019 г. В.М. Ульянов, В.В. Утолин, М.В. Паршина, В.А. Батирова, Л.А. Паршина
Для снижения себестоимости кормов целесообразно замещать часть зерновых компонентов в рационах кормления сельскохозяйственных животных побочными продуктами перерабатывающих предприятий. При приготовлении кормовой смеси из таких компонентов следует использовать спирально-винтовые смесители. Разработан смеситель, содержащий корпус из смешивающей конусообразной и транспортирующей цилиндрической зон. Внутри корпуса по всей его длине размещена пружина с возможностью вращения с закрепленными концами, одним на эксцентрике ведущей цапфы, совершающим цикличные круговые движения, а другим зафиксирована на ведомой цапфе с возможностью горизонтального перемещения и вращения в цилиндрической части корпуса. При работе в конусообразной зоне смесителя пружина описывает радиус значительно больший, чем радиус самой пружины. Это приводит к сложному движению компонентов корма и их интенсивному перемешиванию с одновременным движением полученной смеси в цилиндрическую зону с выгрузным окном. В статье приведены результаты теоретических и лабораторных исследований. В результате проведения теоретических исследований определена формула для нахождения
производительности предлагаемого смесителя кормов, которая зависит от внутреннего диаметра корпуса смесителя, геометрических параметров пружины, объемной массы перемешиваемого материала и его средней осевой скорости. По результатам эксперимента представлены зависимости изменения производительности предложенного смесителя и потребной мощности процесса приготовления концентрированного корма в нём, а также приведены математические модели, связывающие параметры смесителя с его производительностью и однородностью получаемой кормовой смеси. Представлены рациональные конструктивно-режимные параметры спирального смесителя. Его применение позволяет обеспечить степень однородности кормовой смеси в пределах 96-98% при удельном расходе электроэнергии 0,15-0,2 Втч/кг.
Ключевые слова: концентрированный корм, спиральный смеситель, пружина, обобщенная сила, производительность, однородность смеси.
THE RESEARCH OF SPIRAL FEED MIXER
© 2019 V.M. Ulyanov, V.V. Utolin, M.V. Parshina, V.A. Batirova, L.A. Parshina
To reduce the cost of feed, it is reasonable to substitute part of the grain components for by-products of processing enterprises in the diets of feeding farm animals. When preparing a feed mixture from such components, spiral-screwed mixers should be used. The mixer contained the case from mixing cone-shaped and transporting cylindrical zones is developed. Inside the case along its length there is the spring with the possibility of rotation with fixed ends. One of them is placed on the eccentric leading axle, making cyclical circular movement, and using the other one the spring is fixed on the driven shaft with the possibility of lateral movement and rotation in the cylindrical part of the case. When working in the cone-shaped zone of the mixer, the spring outlines a radius much larger than the radius of the spring itself. This leads to a complex movement of the feed components and their intensive mixing with the simultaneous movement of the resulting mixture into a cylindrical zone with a discharge window. The results of theoretical and laboratory researches is presented in the article. As a result of theoretical studies, the formula for finding the productivity of the proposed feed mixer is determined. It depends on the internal diameter of the mixer body, the geometric parameters of the spring, the volume mass of the mixed material and its average axial speed. According to the results of the experiment, the dependences of the change in the productivity of the proposed mixer and the required power of the concentrated feed preparation process in it are presented, as well as mathematical models linking the parameters of the mixer with its productivity and uniformity of the resulting feed mixture are presented. The rational design-mode parameters of the spiral mixer are presented. Its application allows to ensure the degree of uniformity of the feed mixture in the range of 96-98% with a specific energy consumption of 0,15-0,2 W ■ h/kg.
Keywords: concentrated feed, spiral mixer, spring, generalized strength, productivity, mixture uniformity.
Введение. Рост продукции животноводства в стране невозможен без улучшения и укрепления кормовой базы, в том числе за счет концентрированных кормов [1]. Значительная доля концентрированных кормов в настоящее время готовится непосредственно в хозяйствах агропромышленного комплекса [2, 3]. Для снижения себестоимости кормов и повышения рентабельности целесообразно замещать часть зерновых компонен-
тов в рационах кормления животных побочными продуктами перерабатывающих предприятий [4, 5].
На наш взгляд, для приготовления смеси концентрированных кормов с использованием сухих компонентов из побочных продуктов крахмального производства следует использовать спирально-винтовые или пружинные смешивающие машины [6, 7].
а б
1 - горловина; 2 - корпус; 3 - спираль; 4 - окно выгрузное; 5 - цапфа ведомая; 6 - механизм винтовой; 7 - привод с цапфой; 8 - эксцентрик; 9 - рама; 10 - заслонка; 11 - бункер Рисунок 1 - Схема (а) и общий вид (б) смесителя кормов
Представителем этого класса машин является Смеситель содержит корпус 2 с горловиной 1 и
смеситель со спирально-винтовым рабочим органом, окном 4 для выгрузки смеси. Корпус включает две зо-разработанный в ФГБОУ ВО РГАТУ (рисунок 1). ны: конусообразную для эффективного перемешива-
ния компонентов кормовой смеси и цилиндрическую для её транспортирования с последующей выгрузкой. Над входным окном конусообразной зоны корпуса 2 установлен бункер 11 с дозирующей заслонкой 10. Внутри корпуса по всей его длине размещена спираль в виде пружины 3. Одним концом она зафиксирована на эксцентрике 8, установленном на ведущей цапфе 7, а другой её конец - на ведомой 5. Привод осуществляется от мотор-редуктора, установленного на раме 9, и через цепную передачу, связанную с ведущей цапфой пружины. При этом значение эксцентриситета и соответственно окружность, которую описывает пружина в конусообразной зоне, можно регулировать путем его перемещения относительно оси цапфы. Пропускная способность смесителя зависит от количества материала, поступающего из бункера 11 и от осевой скорости перемещения смеси в цилиндрической зоне корпуса 2. Производительность регулируется положением заслонки 10 в бункере и изменением шага спирали 3 при помощи винтового механизма 6.
Технологический процесс приготовления концентрированных кормов происходит следующим образом. В зависимости от положения заслонки под бункером, ингредиенты кормовой смеси дозировано поступают в корпус смесителя через горловину. В конусообразной зоне корпуса пружина вращается вокруг своей оси и совершает из-за крепления на эксцентрике цикличные круговые движения. При этом описывает радиус значительно больший, чем радиус самой пружины. Это приводит к сложному движению компонентов корма и их интенсивному перемешиванию с одновременным движением полученной смеси в цилиндрическую зону с выгрузным окном.
Предложенная конструкция спирального смесителя позволяет готовить различные концентрированные и комбинированные корма из зерновых и других сухих ингредиентов, в том числе побочных продуктов перерабатывающих производств.
Важными показателями работы смесителя является его пропускная способность и потребная мощность на приготовление смеси требуемого качества. Поэтому для инженерного расчета проектируемого смесителя необходимы теоретические зависимости, связывающие его основные конструктивно-режимные параметры и производительность.
Методика исследования. Нами рассмотрен и проанализирован рабочий процесс спирального смесителя. При проведении теоретических исследований, которые направлены на обоснование производительности разрабатываемого смесителя, использованы закономерности физики, математики и теоретической механики. При лабораторных исследованиях смесителя использовались как однофакторные, так и многофакторные эксперименты для определения его рациональных параметров.
В цилиндрической зоне корпуса смесителя происходит транспортирование готовой кормовой смеси с
последующей её выгрузкой. Поэтому рассмотрим общий случай движения материала в этой зоне смесителя, корпус которого наклонен под углом ( к вертикали.
Известна формула для вычисления пропускной способности пружинных транспортеров О, (кг/с):
< = ¥ухк&0, (1)
где ¥ - площадь поперечного корпуса транспортера перед выходным отверстием смесителя, м2;
$0 - средняя осевая скорость частицы корма, м/с;
У1 - объемная масса транспортируемого материала, кг/м3;
й
к - коэффициент заполнения, равный к =
В
ё - наружный диаметр спирали, м.
Площадь сечения Р (м2) цилиндрической зоны корпуса смесителя с учетом параметров пружины определяется по выражению
¥ = * 4
В2 -
2 Л
эта
(2)
где О - внутренний диаметр корпуса смесителя, м; ёп - диаметр прутка спирали, м; а - угол наклона винтовой линии пружины спирали, град.
Определим среднюю осевую скорость движения корма, для чего рассмотрим движение частицы в виде материальной точки по спиральной поверхности рабочего органа смесителя, который вращается с постоянной угловой скоростью со вокруг своей оси (рисунок 2).
При вращении пружины частица одновременно участвует в движении в двух направлениях: осевом и нормальном. Это приводит к криволинейной траектории движения материальной точки в транспортирующей зоне смесителя. Выбираем декартову систему координат, в которой О1 совпадает с осью пружины в цилиндрической зоне корпуса. При этом проекция радиус-вектора скорости движения частицы на плоскости ОХУ будет направлена под углом у к оси ОУ.
Допускаем, что движение частицы в корпусе будет по винтовой линии. Для простоты и наглядности теоретического рассмотрения развернем винтовую линию на плоскость касательную к корпусу смесителя. Тогда частица корма в виде материальной точки будет двигаться прямолинейно и её положение при движении характеризуется обобщенной координатой в, направленной по винтовой линии спирали. Это допущение позволяет исключить ускорение и силу Кориолиса (рисунок 3).
На частицу корма в корпусе действуют сила тяжести О = mg и силы трения частицы о внутреннюю поверхность корпуса - ¥ и виток пружины - ¥2.
Рисунок 2 - Схема действия сил на частицу корма в зоне транспортирования
лам:
Рисунок 3 - Схема движения частицы по развертке винтовой линии спирали
Силы трения находятся по известным форму- где г, г, г2, гъ — радиус соответственно цилиндрического корпуса, кормовой частицы, пружины и прутка, из которого она выполнена, м.
Применим уравнение Лагранжа второго порядка для относительного движения частицы вдоль винтовой линии по корпусу смесителя [9].
^ = / N1; ^ = /2Ы2, О)
где /, / - коэффициент трения частицы соответственно о внутреннюю поверхность корпуса и о поверхность спирали;
N , N - реакция соответственно с внутренней поверхности корпуса и со стороны спирали, действующая на частицу, Н.
Сила трения ^ направлена в противоположную сторону вектору абсолютной скорости . Сила трения ^ направлена по вектору относительной скорости , в обратном направлении. Реакция N направлена под угол О к нормали винтовой линии пружины, а сама нормаль с осью ОZ составляет угол а .
Угол О определяется по формуле [8]:
с1_дТ_ Л дя
—=е
ОУ
(4)
О = агсБт
г + г — Г — Г
Г1 + Г3
где Т — кинетическая энергия частица, Дж;
Qs — обобщенная сила, соответствующая обобщенной координате в, Н.
Для определения обобщенной силы Qs зададим частице возможное перемещение &, соответствующее обобщенной координате в. Тогда работу на данном перемещении будет совершать обобщенная сила, равная проекция всех действующих сил на направление в, а элементарная работа будет связана с изменением кинетической энергии частицы.
Определим сначала левую часть уравнения (4). Проецируя составляющие скорости частицы корма на
вектор направления её переносной скорости, получаем Кинетическая энергия кормовой частицы с уче-
выражение (рисунок 3). том формулы (5) будет:
3aCOS</) = Wr-SCOSa, (5) T=^-(co2r2 -2corscosa + s2). (6)
где cor - переносная скорость частицы, м/с; 2g
s = ' - относительная скорость частицы, м/с. Дифференцируя уравнение кинетической энергии,
получаем:
дТ G.. d дТ G.. дТ Л
— = — (s-ar cosa);--= — s; — = 0 (7)
ds g dt ds g ds
Определяем правую часть уравнения (4). Сила Qs, исходя из расчетной схемы (рисунок 3), будет:
Qs = X F = F cos (a + ф) - F - G sina + G cosa, (8)
где G - сила, действующая на частицу со стороны Для нахождения сил трения составим дополни-
кожуха, Н; G - сила тяжести частицы, Н; тельные уравнения равновесие всех действующих сил
2 на оси перпендикулярной винтовой лопасти и радиусу
G2 = Gcosр; Gj = GsinPsiny. (9) корпуса, имеем:
Gsinр cos у + G('' C0Sф) - N + N sin0 = 0. (10)
rg j2
N2 cosd- G cosacos р - G sinasin Psiny - F sin (a + ф) = 0, (11)
где р- угол между направлениями векторов абсо- ar sina
лютной и переносной скоростей, град. sin (a + ф) = ' • (13)
Угол у (рисунок 1) указывает положение радиус-вектора материальной точки по отношению к оси OY
[8].
у = at -
s cosa (12) скорость (рисунок 3).
Тогда по теореме косинусов для треугольника, составляющего сумму относительной и переносной скоростей движения точки, определим её абсолютную
где с — угловая скорость вращения спирали, с-1.
В уравнении (8) входит угол р между векторами
абсолютной скорости и переносной, который порой не-
• +
r 19 = л/cd2г2 - 2cors cos а + s2.
(14)
Тогда с учетом (14) формула (13) примет вид: известен. Поэтому функцию sin(а + ф) в уравнение sin(^а + ф) = mrsina
- ■ v ' ' u sin(а 1 ф)~ i _ • (15)
запишем через относительную скорость материальной л]со г — 2coscosa + s
точки. Из представленной на рисунке 3 схемы следует: Из соотношения между синусом и косинусом уг-
ла имеем:
/ [л (arcosa-s)
cos(of + ^) = >/l-sm (а + ф) = , (16)
у/со г - Icors cos а + s
С учетом (3) и (16) уравнение (8) примет вид:
Qs = ,/Д —j= (°jroosa s) -f2N2 -Gcosasina + Gsin/?sin/cosa. (17) ¡cor2 - 2 cos cos а + s2 После подстановки выражений (7) и (17) в уравнение (4) получаем
G (сот cos а — s^
—s = flNl , ^ ==-f2N2 - G cos a sin a + G sin/?sin у cos а. ^
S ^Jco2r2-Icoscosa + s2
Уравнение (18) описывает относительное дви- Разрабатываемый смеситель имеет горизон-
жение кормовой частицы по винтовой поверхности тальное расположение корпуса. Тогда при движении наклонного пружинного транспортера. кормового материала с постоянной скоростью имеем:
угол ß = 900, sinß = 1, cosß = 0, ^ = 0, — = $s= const, у = а± - scosa
dt dt у ss r • (19)
С учетом соотношений (19) выражение (18) примет вид:
/Л
(cor cosa - s)
f
2 2 o r
■2coscosa + s"
- f2N2 - G eos a sin a + G sin
so
s cosa
Л
cosa = 0. (20)
Уравнение (20) позволяет найти относительную
скорость частицы
Я
при её движении по винтовой
б =
лопасти пружины. Реакции N, N2 определяются из уравнений (9) и (10). Вычислять относительную скорость целесообразно численным методом с использованием компьютерной программы Mathcad.
Осевая скорость вдоль оси спирали рабочего органа с учетом выражения (5) будет:
Я0 = Яаsin^ = (or -3scosa)tg^. (21)
С учетом выражений (2) и (21) формула (1) для нахождения производительности (Q, кг/с) разработанного спирального смесителя примет вид
d2 }
D2 ухk(<or - Я cosa)tg^. (22)
v sin a j
Для обоснования конструктивно-технологических параметров предлагаемого спирального смесителя и проверки теоретических исследований были проведены лабораторные исследования. Использовались как однофакторные, так и многофакторный эксперименты с применением теории их планирования. Лабораторные исследования проводились на лабораторном макете смесителя (см. рисунок 1). Определялись влияние конструктивно-режимных параметров на однородность получаемой смеси, расход энергии и производительность смесителя. В качестве сырья для приготовления смеси использовались зерновая дерть и сухая мезга кукурузы.
Были установлены основные факторы, влияющие на работоспособность смесителя и его эксплуатационные характеристики. Это частота вращения пружины, величина её шага и эксцентриситета рабочего органа. Для получения математической модели при проведении многофакторного эксперимента использован трехуровневый план.
Результаты исследований и их обсуждение. В результате проведения однофакторных экспериментов было выявлено, что пропускная способность смесителя и потребная мощность на привод его рабочего органа возрастают с 396 до 2970 кг/ч и с 80 до 645 Вт соответственно при изменении частоты вращения пружины от 100 до 350 мин-1 (рисунок 4).
Это объясняется увеличением как переносной, так и относительной скоростей движения частиц концентрированного корма в корпусе смесителя. При этом характер изменения мощности линейный, а производительности - квадратичный в зависимости от частоты вращения, что связано с изменением переносной скорости материала.
Пропускная способность смесителя увеличивается с 853 до 1234 кг/ч при изменении шага пружины от 0,035 до 0,095 м. Характер изменения производительности квадратичный, при этом наблюдается экстремум. Так, при шаге пружины 0,080 м пропускная способность достигает максимального значения 1586 кг/ч, затем происходит некоторое её снижение. Это связано с тем, что при увеличении шага растет угол наклона винтовой линии спирали, что ведет к снижению относительной скорости движения частиц кормовой смеси.
W, вт 600
500
400
300
200
100
0
y = 0,006 58x2 - 1,135x + 158,63 <
R2 = 0,9622
l -
ж ♦
"" y = 9,476x - 48 8,99
О __щ- R2 = 0,9813 3
{Q, кг/ч 4300
3300
2300
1300
100
300
150 200 250 300 П ■мин'1
■ потребляемая мощность--производительность
Рисунок 4 - Изменение пропускной способности Q смесителя и потребной мощности W от частоты вращения спирали п
При изменении шага спирали с 0,035 до 0,095 м симальное значение потребной мощности около потребная мощность на привод рабочего органа уве- 270 Вт при шаге пружины в пределах 0,080-0,095 м личивается с 150 до 270 Вт практически линейно. Мак- (рисунок 5).
Изменение пропускной способности смесителя Изменение эксцентриситета пружины с 0,055 до
и потребной мощности от эксцентриситета рабочего 0,105 м ведет к увеличению потребной мощности с 220
органа носит взаимно противоположный характер (ри- до 750 Вт, а пропускная способность снижается с 1004
сунок 6). до 890 кг/ч.
350 300 250 200 150 100
35
___. ___ 1 I -■-
,4194x2 + 62,191x -8 36,67 ll
/ / R2 = С ),9032 ♦ _________
___--—< ► -
y = -0,009 )5x2 + 3,43 81x + 37,0 48
R2 = 0,95 09
Q, кг/ч
1100
500
300
100
45 55 65
— потребляемая мощность
75 85 Н мм
— производительность
Рисунок 5 - Изменение пропускной способности Q смесителя и потребной мощности W от шага пружины Н
Это связано с тем, что пружина в зоне эксцентриситета описывает круговые движения большего диаметра, чем сама пружина, от чего увеличивается её угол наклона. Материал отбрасывается за счет центробежной силы в нижнюю часть конусообразного корпуса, что требует больших затрат на подъём и дальнейшее движение в цилиндрическую зону смесителя.
Для определения рациональных параметров и режимов работы смесителя при приготовлении концентрированного корма из дерти зерновых культур, кукурузной сухой мезги и жмыха был проведён трёх-факторный эксперимент [10].
W, Вт 700
600
500
400
300
200
100
___ ----- -____
IK*"" >
y = -0,111 4x2 + 15,592x i + 482,28 N
R2 = 0,9986 4
\ V
y = = 0,1162x2 - 8 ,092x + 316, N 9
R2 = 0 ,9996 \ 1
980
1020
1000
960
940
900
880
55
65 75
•потребляемая мощность
85 95 и ....
k, мм
—— — производительность
Рисунок 6 - Изменение пропускной способности Q смесителя и потребной мощности W от эксцентриситета пружины k
В результате вышерассмотренных лабораторных исследований были определены факторы и пределы их изменения: шаг пружины х = 0,055-0,095 м, величина эксцентриситета у = 0,055-0,085 м, частота вращения рабочего органа I = 100-300 мин-1. В качестве функции отклика были приняты однородность смеси и энергоёмкость процесса её получения.
Обработка результатов многофакторного эксперимента с использованием компьютерных программ STATISTICA 8, Wolfram Mathematica 9 позволила получить адекватные уравнения регрессии.
Для нахождения однородности концентрированной смеси, в (%),
в = 83,96247 + 0,01385х - 4,16667 ■ 10-7 х2 - 0,11281у - 0,00019ху - (23)
-0,00014у2 + 0,29898г + 0,0001x2 + 0,0025уг - 0,00279г2,
где х, у, I - значение независимых факторов.
Для нахождения энергоёмкости процесса приготовления смеси, ЫУд, (Вт ч/кг)
^ = 2,21076- 0,00171х + 0,000004х2 - 0,05603у + 6,25 ■ 10-7ху + 0,00037у2 + (24) +0,00459г - 8,33333 ■Ю-7 хг + 6,12818 ■Ю-9 уг - 0,00001г2.
Уравнения регрессии (23) и (24) в пределах изменения уровней факторов позволяют расчетным путем находить численные значения однородности кормовой смеси и энергоёмкости процесса её приготовления.
Для определения рациональных конструктивных и режимных параметров использовали пошаговый перебор полученных данных. Определяли вариант, где выполнялись максимальная производительность и минимальные затраты энергии при допустимом качестве кормовой смеси. С использованием этого метода выявлены следующие рациональные параметры смесителя: частота вращения рабочего органа 3,0-4,3 с-1, шаг пружины - 0,070-0,085 м, эксцентриситет - 0,0650,075 м. При указанных параметрах смесителя обеспечивается однородность кормовой смеси в пределах 96-98% при энергоёмкости технологического процесса 0,15-0,2 Вт-ч/кг.
Выводы. Для приготовления кормовой смеси из дерти зерновых культур с добавлением сухих побочных продуктов перерабатывающих производств используют спиральный смеситель, корпус которого должен содержать конусообразную смешивающую и цилиндрическую транспортирующую зоны. Внутри корпуса по всей его длине размещена спираль в виде пружины, одним концом она зафиксирована на эксцентрике, установленном на ведущей цапфе, а другой её конец - на ведомой. В конусообразной зоне корпуса пружина вращается вокруг своей оси и совершает посредством эксцентрика цикличные круговые движения, ведущие к интенсивному перемешиванию компонентов с одновременным движением полученной смеси в цилиндрическую зону с выгрузным окном.
В результате проведения теоретических исследований определена формула для нахождения производительности предлагаемого смесителя кормов. Лабораторными исследованиями установлены рациональные параметры разработанного спирального смесителя: частота вращения рабочего органа от 3 до 4,3 с-1, шаг спирали - 0,070-0,085 м, эксцентриситет -0,065-0,075 м, позволяющие обеспечить степень однородности кормовой смеси 96-98% при удельном расходе электроэнергии 0,15-0,2 Втч/кг.
Результаты представленных исследований могут быть полезны для проектирования спирально-винтовых машин, предназначенных для приготовления сухих концентрированных кормовых смесей.
Литература
1. Мирошникова, В.В. Перспективы повышения кормовой базы на фермах крупного рогатого скота с замкнутым технологическим циклом / В.В. Мирошникова,
М.А. Мирошников // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Международной научно-практич. конференции (Минск, 22-23 октября 2014 г.). Т. 3. - Минск: НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства, 2014. - С. 175-181.
2. Производство комбикормов в условиях личных подсобных и фермерских хозяйств: монография / И.Н. Краснов, В.М. Филин, А.Н. Глобин, Е.А. Ладыгин. -Саратов, 2017. - 226 с.
3. Краснов, И.Н. Модель оптимизации технологических процессов приготовления кормов как подсистема обеспечения качества / И.Н. Краснов, А.Н. Глобин // Научная мысль. - 2015. - № 3. - С. 243-248.
4. Глобин, А.Н. Моделирование процесса дозированной выдачи измельченных стебельных кормов / А.Н. Глобин // Вестник аграрной науки Дона. - 2017. -№ 1 (37). - С. 5-15.
5. Орешкина, М.В. Переработка побочных продуктов картофелекрахмального производства на корм скоту / М.В. Орешкина, В.М. Ульянов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2014. - № 5. - С. 20-22.
6. Ульянов, В.М. Агрегат для приготовления кормов / В.М. Ульянов, М.В. Паршина, В.А. Паршина // Приоритетные направления научно-технологического развития агропромышленного комплекса России: материалы Национальной научно-практической конференции (Рязань, 22 ноября 2018 г.). - Ч. 1. - Рязань: Изд-во Рязанского государственного агротехнологического университета, 2019. - С. 451-455.
7. Обзор смесителей вязких густых сред / Н.Е. Лузгин, В.В. Утолин, В.В. Горшков, Е.С. Лузгина // Вестник Совета молодых ученых Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - 2017. - № 1 (4). - С. 72-78.
8. Исаев, Ю.М. Длинномерные спирально-винтовые транспортирующие устройства: монография / Ю.М. Исаев. - Ульяновск: УГСХА, 2006. - 433 с.
9. Исаев, Ю.М. Определение закономерностей движения частицы в спирально-винтовом устройстве / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, С.А. Каленков // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. - № 3 (43). - С. 6-11.
10. Конструктивно-технологические параметры спирального смесителя / В.В. Утолин, Е.Е. Гришков, А.А. Полякова, А.Н. Топильский // Сельский механизатор. - 2015. - № 7. - С. 28-29.
References
1. Miroshnikova V.V., Miroshnikov M.A. Perspektivy povysheniya kormovoj bazy na fermakh krupnogo rogatogo skota s zamknutym tekhnologicheskim tciklom [Prospects for increasing the forage base on cattle farms with a closed technological cycle], Nauchno-tekhnicheskij progress v
sel'skokhozyajstvennom proizvodstve: materialy Mezhduna-rodnoj nauchno-praktich. konferencii (Minsk, 22-23 oktyabrya 2014 g.), T. 3, Minsk: NPCz NAN Belarusi po mekhanizacii sel'skogo khozyajstva, 2014, pp. 175-181. (In Russian)
2. Krasnov I.N., Filin V.M., Globin A.N., Ladygin E.A. Proizvodstvo kombikormov v usloviyakh lichnykh podsobnykh i fermerskikh khozyajstv: monografiya [Compound feed production in the conditions of personal subsidiary and farm enterprises: monograph], Saratov, 2017, 226 p. (In Russian)
3. Krasnov I.N., Globin A.N. Model optimizatsii tekh-nologicheskikh processov prigotovleniya kormov kak podsis-tema obespecheniya kachestva [A model for optimizing feed preparation processes as a quality assurance subsystem], Nauchnaya mysl', 2015, No 3, pp. 243-248. (In Russian)
4. Globin A.N. Modelirovanie processa dozirovannoj vydachi izmel'chennykh stebel'nykh kormov [Modeling the process of dosed delivery of crushed stalk feed], Vestnik agrarnoj nauki Dona, 2017, No 1 (37), pp. 5-15. (In Russian)
5. Oreshkina M.V., Ulyanov V.M. Pererabotka po-bochnykh produktov kartofelekrakhmal'nogo proizvodstva na korm skotu [Processing potato and starch by-products for livestock feed], Mekhanizaciya i elektrifikaciya selskogo khozyajstva, 2014, No 5, 2014, pp. 20-22. (In Russian)
6. Ulyanov V.M., Parshina M.V., Parshina V.A. Agregat dlya prigotovleniya kormov [Feed preparation unit], Priori-tetnye napravleniya nauchno-tekhnologicheskogo razvitiya
agropromyshlennogo kompleksa Rossii: materialy Natsional-noy nauchno-prakticheskoy konferentsii 22 noyabrya 2018 goda, Ryazan: Izd-vo Ryazanskogo gosudarstvennogo agro-tekhnologicheskogo universiteta, 2019, Ch. 1, pp. 451-455. (In Russian)
7. Luzgin N.E., Utolin V.V., Gorshkov V.V., Luzgi-na E.S. Obzor smesitelej vyazkikh gustykh sred [Overview of viscous thick mikhers], Vestnik Soveta molodykh uchenykh Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta imeni P.A. Kostycheva, 2017, No 1 (4), pp. 7278. (In Russian)
8. Isaev Yu.M. Dlinnomernye spiral'no-vintovye transportiruyushhie ustrojstva: monografiya [Long spiral conveyor devices: monograph], Ulyanovsk: UGSXA, 2006, 433 p. (In Russian)
9. Isaev Yu.M., Semashkin N.M., Kalenkov S.A. Opredelenie zakonomernostey dvizheniya chastitsy v spiral-no-vintovom ustroystve [Determination of the regularuty of particle motion in a helical screw device], Vestnik Ul'yanovskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennojy aka-demii, 2018, No 3 (43), pp. 6-11. (In Russian)
10. Utolin V.V., Grishkov E.E., Polyakova A.A., To-pilskiy A.N. Konstruktivno-tekhnologicheskie parametry spi-ralnogo smesitelya [Design and technological parameters of the spiral mixer], Selskiy mekhanizator, 2015, No 7, pp. 2829. (In Russian)
Сведения об авторах
Ульянов Вячеслав Михайлович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технические системы в АПК», ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (г. Рязань, Российская Федерация). Тел.: +7-910-563-29-01. E-mail: ulyanov-v@list.ru.
Утолин Владимир Валентинович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Технические системы в АПК», ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (г. Рязань, Российская Федерация). Тел. +7-910-645-19-85. E-mail: 6451985@mail.ru.
Паршина Марина Владимировна - аспирант кафедры «Технические системы в АПК», ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (г. Рязань, Российская Федерация). Тел.: +7-910-908-38-66. E-mail: parshina_1975@list.ru.
Батирова Виктория Алексеевна - аспирант кафедры «Технические системы в АПК», ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (г. Рязань, Российская Федерация). Тел.: +7-910-566-40-85. E-mail: MCX_RGATU@yandex.ru.
Паршина Любовь Александровна - магистрант кафедры «Технические системы в АПК», ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (г. Рязань, Российская Федерация). Тел.: +7-915-398-28-29. E-mail: MCX_RGATU@yandex.ru.
Information about the authors
Ulyanov Vyacheslav Mihaylovich - Doctor of Technical Sciences, professor, the head of the Technical systems in the agricultural sector department, FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev» (Ryazan, Russian Federation). Phone: +7-910-563-29-01. E-mail: ulyanov-v@list.ru.
Utolin Vladimir Valentinovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Technical systems in the agricultural sector department, FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev» (Ryazan, Russian Federation). Phone: +7-910-645-19-85. E-mail: 6451985@mail.ru.
Parshina Marina Vladimirovovna - postgraduate student of the Technical systems in the agricultural sector department, FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev» (Ryazan, Russian Federation). Phone: +7-910-908-38-66. E-mail: parshina_1975@list.ru.
Batirova Victoria Alekseevna - postgraduate student of the Technical systems in the agricultural sector department, FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev» (Ryazan, Russian Federation). Phone: +7-910-566-40-85. E-mail: MCX_RGATU@yandex.ru.
Parshina Lyubov Aleksandrovna - postgraduate student of the Technical systems in the agricultural sector department, FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev» (Ryazan, Russian Federation). Phone: +7-915-398-28-29. E-mail: MCX_RGATU@yandex.ru.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
