Научная статья на тему 'Исследования и оптимизация конструктивно-технологических параметров питающего устройства плющилки зерна'

Исследования и оптимизация конструктивно-технологических параметров питающего устройства плющилки зерна Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

CC BY
74
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВАЛЬЦЫ ДЛЯ ПЛЮЩЕНИЯ / ДИАМЕТР ВАЛЬЦА / ЗАСЛОНКА / КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА / МЕЖВАЛЬЦОВЫЙ ЗАЗОР / ОКРУЖНАЯ СКОРОСТЬ / ПИТАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПЛЮЩИЛКИ ЗЕРНА / ПИТАЮЩИЙ ВАЛЕЦ / ПЛЮЩЕНОЕ ЗЕРНО / ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ВАЛЬЦА / FLATTENING ROLLERS / DIAMETER OF THE ROLLER / FLAP / DESIGN AND TECHNOLOGICAL SCHEME / INTER-ROLL GAP / CIRCUMFERENTIAL SPEED FEEDING DEVICE OF THE GRAIN FLATTERER / FEEDING ROLLER / FLATTENED GRAIN / SPEED OF ROTATION OF THE ROLLER

Аннотация научной статьи по прочим сельскохозяйственным наукам, автор научной работы — Мошонкин Александр Михайлович, Чернятьев Николай Александрович, Герасимова Светлана Петровна

Введение: снизить издержки при производстве кормов, составляющих в себестоимости продукции животноводства 60...75 %, возможно за счет улучшения их качества, повышения переваримости и усвояемости, тем самым обеспечивая животных полноценными, сбалансированными по питательным веществам кормами. Материалы и методы: для усовершенствования процесса подачи зернового материала в плющилку зерна разработано питающее устройство плющилки зерна (вальцового станка). Для определения основных параметров питающего устройства плющилки зерна было решено изучить влияние изменения величин окружных скоростей и диаметровпитающего вальца на основные показатели вальцового станка. Результаты: для изучения совместного влияния конструктивно-технологических параметров на показатели рабочего процесса реализована матрица полного факторного эксперимента второго порядка типа 33. В качестве варьируемых факторов приняты следующие: частота вращения вальца питающего устройства n ( x1 ) мин-1, диаметр вальца D ( x2 ) м, высота установки питающего вальца относительно рабочей зоны плющения h ( x3 ). Критериями оптимизации и показателями работы питающего устройства вальцового станка выбраны: пропускная способность Q ( y1 ) т/ч и удельных энергозатрат Э ( y2 ) кВт·ч/т. Обсуждение: при оптимизации основных параметров питающего устройства вальцового станка, имея два критерия оптимизации пропускную способность и удельные энергозатраты (энергоемкость), решали компромиссную задачу. Условие компромиссной задачи обеспечение минимальных удельных энергозатрат при наибольшей пропускной способности. Заключение: по результатам проведенных исследований процесса подачи зернового материала в плющилкуполучены оптимальные параметры питающего устройства: частота вращения вальца питающего устройства n = 810…855 мин-1, высота установки питающего вальца относительно рабочей зоны плющения h = 320…332 мм и диаметр вальца D = 0,2 м. Соответственно данные оптимальные параметры факторов n, h и D определяют следующие величины критериев оптимизации: наибольшую пропускную способность Q = 1,24…1,26 т/ч и наименьшие удельные энергозатраты Э = 3,86 кВт·ч/т.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по прочим сельскохозяйственным наукам , автор научной работы — Мошонкин Александр Михайлович, Чернятьев Николай Александрович, Герасимова Светлана Петровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

RESEARCH AND OPTIMIZATION OF CONSTRUCTIVELY AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF THE FEED DEVICE OF THE GRAIN FLATTERER

Introduction: reduce costs in the production of feed that make up the cost of production of livestock 60...75 %, possibly by improving their quality, increasing digestibility and digestibility, thereby providing animals with full-fledged, nutritionally balanced feed Materials and methods: to improve the process of feeding grain material to the grain flatterer, a feeding device of the grain flatterer (roller machine) has been developed. To determine the main parameters of the feed device of the grain flatterer, it was decided to study the effects of changes in the values of the circumferential speeds and diameters of the feed roller on the main indicators of the roller machine. Results: to study the joint influence of structural and technological parameters on the workflow displays, a matrix of a complete second-order factor experiment of type 33 is implemented. As variable factors, the following are accepted: the speed of the feed roller n ( x1 ) min-1, the diameter of the roller D ( x2 ) m, the height of the feed roller installation relative to the working area of the flattening h ( x3 ). Optimization criteria and performance indicators of the roller machine feeding device are selected: throughput Q ( y1 ) t/h and specific energy consumption Э ( y2 ) kWh/t. Discussion: when optimizing the main parameters of the feeding device of the roller machine, having two optimization criteria, throughput and specific energy consumption (energy intensity), we solved a compromise problem. The condition of the compromise task, ensuring the minimum specific energy consumption at the highest throughput. Conclusion: based on the results of studies of the process of feeding grain material to the flattener, the optimal parameters of the feeding device were obtained: the rotation speed of the feeding device roller n = 810...855 min-1, the height of the feed roller installation relative to the working area of the flattening h = 320...332 mm and the diameter of the roller D = 0.2 m. Respectively, these optimal parameters of the factors n , h and D determine the following values of the optimization criteria: the highest throughput capacity Q = 1.24...1.26 t / h and the lowest specific energy consumption Э = 3.86 kWh/t.

Текст научной работы на тему «Исследования и оптимизация конструктивно-технологических параметров питающего устройства плющилки зерна»

_05.20.01 ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА _

05.20.01

УДК 631.353.6.001.5

ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПИТАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ПЛЮЩИЛКИ ЗЕРНА

© 2020

Александр Михайлович Мошонкин, младший научный сотрудник Николай Александрович Чернятьев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Светлана Петровна Герасимова, младший научный сотрудник

Федеральное государственное научное учреждение «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого», г. Киров (Российская Федерация)

Аннотация

Введение: снизить издержки при производстве кормов, составляющих в себестоимости продукции животноводства 60...75 %, возможно за счет улучшения их качества, повышения переваримости и усвояемости, тем самым обеспечивая животных полноценными, сбалансированными по питательным веществам кормами. Материалы и методы: для усовершенствования процесса подачи зернового материала в плющилку зерна разработано питающее устройство плющилки зерна (вальцового станка). Для определения основных параметров питающего устройства плющилки зерна было решено изучить влияние изменения величин окружных скоростей и диаметровпитающего вальца на основные показатели вальцового станка.

Результаты: для изучения совместного влияния конструктивно-технологических параметров на показатели рабочего процесса реализована матрица полного факторного эксперимента второго порядка типа 33. В качестве варьируемых факторов приняты следующие: частота вращения вальца питающего устройства n (xi) мин-1, диаметр вальца D (Х2) м, высота установки питающего вальца относительно рабочей зоны плющения h (xj). Критериями оптимизации и показателями работы питающего устройства вальцового станка выбраны: пропускная способность Q (yi) т/ч и удельных энергозатрат Э У) кВтч/т.

Обсуждение: при оптимизации основных параметров питающего устройства вальцового станка, имея два критерия оптимизации - пропускную способность и удельные энергозатраты (энергоемкость), решали компромиссную задачу. Условие компромиссной задачи - обеспечение минимальных удельных энергозатрат при наибольшей пропускной способности.

Заключение: по результатам проведенных исследований процесса подачи зернового материала в плющилку-получены оптимальные параметры питающего устройства: частота вращения вальца питающего устройства n = 810...855 мин-1, высота установки питающего вальца относительно рабочей зоны плющения h = 320.332 мм и диаметр вальца D = 0,2 м. Соответственно данные оптимальные параметры факторов n, h и D определяют следующие величины критериев оптимизации: наибольшую пропускную способность Q = 1,24.1,26 т/ч и наименьшие удельные энергозатраты Э = 3,86 кВтч/т.

Ключевые слова: вальцы для плющения, диаметр вальца, заслонка, конструктивно-технологическая схема, межвальцовый зазор, окружная скорость, питающее устройство плющилки зерна, питающий валец, плющеное зерно, частота вращения вальца.

Для цитирования: Мошонкин А. М., Чернятьев Н. А., Герасимова С. П. Исследования и оптимизация конструктивно-технологических параметров питающего устройства плющилки зерна // Вестник НГИЭИ. 2020. № 4 (107). С. 5-15.

RESEARCH AND OPTIMIZATION OF CONSTRUCTIVELY AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF THE FEED DEVICE OF THE GRAIN FLATTERER

© 2020

Alexander Mikhailovich Moshonkin, junior researcher, Nikolai Alexandrovich Chernyatiev, Dr. Sci. (Engineering), Svetlana Petrovna Gerasimova, junior researcher,

Federal state scientific institution «Federal agricultural research center of the North-East named After N. V. Rudnitsky», Kirov, (Russian Federation)

Abstract

Introduction: reduce costs in the production of feed that make up the cost of production of livestock 60...75 %, possibly by improving their quality, increasing digestibility and digestibility, thereby providing animals with full-fledged, nutritionally balanced feed

Materials and methods: to improve the process of feeding grain material to the grain flatterer, a feeding device of the grain flatterer (roller machine) has been developed. To determine the main parameters of the feed device of the grain flatterer, it was decided to study the effects of changes in the values of the circumferential speeds and diameters of the feed roller on the main indicators of the roller machine.

Results: to study the joint influence of structural and technological parameters on the workflow displays, a matrix of a complete second-order factor experiment of type 33 is implemented. As variable factors, the following are accepted: the speed of the feed roller n (xi) min-1, the diameter of the roller D (x2) m, the height of the feed roller installation relative to the working area of the flattening h (xj). Optimization criteria and performance indicators of the roller machine feeding device are selected: throughput Q (yi) t/h and specific energy consumption Э (У2) kWh/t. Discussion: when optimizing the main parameters of the feeding device of the roller machine, having two optimization criteria, throughput and specific energy consumption (energy intensity), we solved a compromise problem. The condition of the compromise task, ensuring the minimum specific energy consumption at the highest throughput. Conclusion: based on the results of studies of the process of feeding grain material to the flattener, the optimal parameters of the feeding device were obtained: the rotation speed of the feeding device roller n = 810...855 min-1, the height of the feed roller installation relative to the working area of the flattening h = 320...332 mm and the diameter of the roller D = 0.2 m. Respectively, these optimal parameters of the factors n, h and D determine the following values of the optimization criteria: the highest throughput capacity Q = 1.24...1.26 t / h and the lowest specific energy consumption Э = 3.86 kWh/t.

Keywords: flattening rollers, diameter of the roller, flap, design and technological scheme, inter-roll gap, circumferential speed feeding device of the grain flatterer, feeding roller, flattened grain, speed of rotation of the roller.

For citation: Moshonkin A. M. Chemyatiev N. A., Gerasimova S. P. Research and optimization of constructively and technological parame-ters of the feed device of the grain flatterer // Bulletin NGIEI. 2020. № 4 (107). P. 5-15.

Введение

Снизить издержки при производстве кормов, составляющих в себестоимости продукции животноводства 60...75 %, возможно за счет улучшения их качества, повышения переваримости и усвояемости, тем самым обеспечивая животных полноценными, сбалансированными по питательным веществам кормами [1, с. 75; 2, с. 85; 3, с. 71; 4, с. 66; 5, с. 24; 6, с. 72]. Одним из способов сохранения питательности и увеличения переваримости зерна -использование технологий плющения зерна, сухого или влажного, обеспечивающего снижение затрат

на производство корма до 30 % и повышение привесов у животных на 5.. .10 % при скармливании им плющеного зерна [7, с. 217; 8, с. 73; 9, с. 23; 10, с. 127; 11, с. 133; 12, с. 19; 13, с. 46].

Материалы и методы Любое устройство представляет собой динамическую систему, так как работает в изменяющихся условиях, зависящих от внешних воздействий. В нашем случае плющилку зерна с питающим устройством можно представить в виде блок-схемы функционирования, приведенной на рисунке 1.

n(t) D(t) h(t) » 1 »

V(t) ПЗ

с питающим 3(t)

устройством

1

W(t)

Рис. 1. Блок-схема функционирования плющилки зерна с питающим устройством Fig. 1. Block scheme of the operation of a grain flatter with a feeding device

В блок-схеме плющилки зерна с питающим устройством (рис. 1) входящими факторами приняты переменнае: подача фуражного зерна У(^) и физико-механические свойства зерна W(t), являющиеся неуправляемыми факторами и контролирующиеся при проведении опытов.

Управляемыми факторами при проведении опытов будут конструктивные и технологические параметры. К ним отнесены: частота вращения вальца питающего устройства п^), диаметр вальца D(t), высота установки вальца относительно рабочей зоны плющения Ц^).

Выходными переменными приняты параметры, являющиеся эксплуатационными показателями работы установки: Q(t) - пропускная способность и Э(^) - удельные энергозатраты.

Функционирование плющилки с питающим устройством происходит следующим образом (рис. 2). В бункер Б поступает зерно в количестве У(^) сфизико-механическими свойствамиW(t), далее материал перемещается питающим устройством ПУ с необходимой скоростью и(^) по подводящему каналу ПКк рабочим органам (вальцам) РО.

Рис. 2. Блок-схема функционирования технологического процесса установки Fig. 2. Block scheme of the operation of the technological process of the installation

Материал q(t) движется последовательно по каждому устройству, при этом на питающем устройстве входными и управляемыми параметрами будут его конструкция и режим работы (настройка). Материал проходит по питающему устройству в подводящий канал ПК, а после него на рабочие органы (вальцы) РО, где приводит к получению qn(t), далее готовый продукт ГП выгружается в транспортное средство либо непосредственно на хранение. При этом определяющими параметрами при оценке ее работы является пропускная способность Q(t) и удельных энергозатрат Э(^).

Так как данная схема предназначена для работы в непрерывном режиме, то можно сделать вывод, что зерно к рабочим органамплющилки должно

подаваться непрерывно, соответственно, необходимо использование питателя, обеспечивающего непрерывную дозированную подачу фуражного зерна к рабочим органамплющилки.

Выходные показатели работы питающего устройства плющилки зерна зависят от конструктивных и технологических параметров. На первом этапе исследования питающего устройства был принят ряд расчетных моделей (рис. 3), позволяющих установить зависимости пропускной способности Q(t) и удельных энергозатратЭ^), все факторы были зафиксированы на определенном уровне.

Реализация рассмотренных моделей производилась по известной методике активного эксперимента.

Рис. 3. Модели функционирования на первом этапе исследований питающего устройства плющилки зерна Fig. 3. Models of functioning at the first stage of research of the feeding device of the grain flatterer

Рис. 4. Расчетная модель функционирования на втором этапе исследований питающего устройства плющилки зерна Fig. 4. Calculation model of functioning

at the second stage of research of the feeding device of the grain flatterer

Для изучения совместного влияния конструктивно-технологических параметров питающего устройства на показатели работы плющилки зерна была рассмотрена модель (рис. 4) с входными параметрами: частота вращения вальца питающего устройства п(^); диаметр питающего вальца D(t); высота установки питающего вальца относительно рабочей зоны плющения Ц^).

Выходными параметрами данной модели являются: удельные энергозатраты процесса плющения Эф и пропускная способность Q(t).

Данная модель позволяет получить математическое описание рабочего процесса плющения плющилки с питающим устройством в виде уравнений регрессии.

На основании проведённого анализа уровня техники по рассматриваемому вопросу [14, с. 246; 15, с. 8; 16, с. 48; 17, с. 46; 18, с. 237] и теоретических предпосылок разработано питающее устройство (патент RU № 2628297) (рис. 5) для подачи зерна в рабочую зону плющения (межвальцовый зазор) плющилки [19, с. 66; 20, с. 207].

а / a б/ b

Рис. 5. Конструктивно-технологическая схема плющилки зерна ПЗ-1 (а) и её питающего устройства (б): 1 - рама; 2 - приемочный бункер; 3 - окно; 4 - заслонка; 5 - канал подачи зерна; 6 - питающий валец; 7, 8 - вальцы для плющения (основные); 9 - электродвигатель; 10 - клиноременные передачи; 11 - зерно для плющения; 12 - межвальцовый зазор; 13 - готовый продукт (плющёное зерно) Fig. 5. Structural and technological scheme of the grain flatterer ПЗ-1 (a) and its feeding device (b): 1 - frame; 2 - receiving hopper; 3 - window; 4 - flap; 5 - feed channel; 6 - feed roller; 7, 8 - rollers for flattening (main); 9 - electric motor; 10 -V-belt transmission; 11 - grain for flattening; 12 - inter-roll gap; 13 - finished product (flattened grain)

Рабочий процесс плющилки зерна с устройством ввода зерна в рабочую зону функционирует следующим образом. Поступающее на плющение зерно 11 (рис. 5) загружается в приемочный бункер 2. При открывании окна заслонкой 4, способной регулировать производительность плющилки, зерно 11, находящийся в приемочном бункере 2, захватывается лопастями питающего вальца 6 и подается через окно 3 в подводящий канал 5 и через него в рабочую зону плющилки (межвальцовый зазор) 12, образованный вальцами 7 и 8, где захватывается вальцами, затем выходит из рабочей зоны плющилки (межвальцового зазора) 12 как готовый продукт -плющёное фуражное зерно 13 - отправляется на хранение, приготовление комбикормов или непосредственное скармливание животным. Установка вальца питателя 6 в приемочном бункере 2 плющилки над

регулируемой заслонкой 4 способствует разрыхлению поступающего на плющение зерна 11 и разрушению сводов в бункере 2, тем самым обеспечивая непрерывность всего технологического процесса, повышая пропускную способность плющилки зерна. Также зерновой материал, поступающий в рабочую зону плющения от вальца питателя 6, имеет технологически необходимую скорость, тем самым улучшая захват вальцами 7 и 8, таким образом увеличивается производительность плющилки зерна и снижаются удельные энергозатраты всего технологического процесса.

Для оптимизации технологического процесса согласно конструктивно-технологической схемы (рис. 3, б) изготовлен экспериментальный образец данного устройства (рис. 6, а) с вращающимся рабочим органом - питающим вальцом (рис. 6, б).

а / a б/ b

Рис. 6. Общий вид опытного образца питающего устройства (а) и его рабочего органа - питающего вальца (б) Fig. 6. General view of the prototype of the feeding device (a) and its working body-the feeding roller (b)

Результаты

На первом этапе однофакторными экспериментами исследовали влияние частоты вращения питающего вальца в интервале от 500 до 900 мин"1 с шагом в 100 мин"1, что соответствует окружной скорости по наружным кромкам лопастей вальца У0 = 5,23, 6,28, 8,37, 9,42 м/с для диаметра питающего вальца D = 200 мм и У0 = 3,14, 3,77, 5,07, 5,65 и для диаметра D = 120 мм соответственно. Так же

изменяемым фактором являлась высота установки питающего устройства 320 и 370 мм.

Межвальцовый зазор составлял = 0,9 мм и контролировался при проведении опытов. Для опытов использовали фуражный ячмень сорта «Родник Прикамья» влажностью 12 %, средневзвешенным размером по толщине - 2,85 мм. Опыты проводились в трёхкратной повторности, результаты опытов обрабатывали согласно существующим методикам.

1,1' Q, т/ч-1,00,950,90,850,8 • 0,750,7-

3,5

4,5

500

600

—I—

700

—I—

800

Q

Q

X

■5, Э

■5,4 ■5,2 ■5,0 ■4,8 ■4,6 ■4,4 ■4,2 ■4,0

кВт т

5,5

900 п, мин"

1,25-Q, т/ч ■ 1,151,11,051,00,95 -0,9 -0,85 -0,8 ■

/ /

/ \

X

500

4,9 Э 4,5 4,3 4,1 3,9 3,7

кВт т

V,,

3,5 м/с

600

700

800

900 п, мин

а / a б/ b

Рис. 7. Зависимости изменения пропускной способности плющилки зерна с питающим устройством Q и удельных энергозатрат Э от частоты вращения питающего вальца n и скорости полета частицы к рабочей зоне плющения Упад с питающим вальцом диаметра 120 мм (а) и 200 мм (б) Fig. 7. Dependences of the change in the throughput of the grain flatterer with the feed device Q and the specific energy consumption Э on the rotation frequency of the feed roller n and the speed of the particle flight to the working zone of the flattening Упад with a feed roller of 120 mm (a) and 200 mm (b)

Сравнительный анализ зависимостей (рис. 7 а и б) показал, что при увеличении диаметра вальца с 120 до 200 мм, привело к существенным изменениям показателей: увеличению пропускной способности Qс 0,77...1,06 до 0,9...1,23 т/ч, снижению удельных энергозатрат Э при частоте вращения питающего вальца п = 500 мин-1 и соответствующей ей скорости полета частицы к рабочей зоне плющения Упад = 3,14 и 5,23 м/с с5,4 до 4,8 кВтч/т; при частоте вращения питающего вальца п = 900 мин-1 и соответствующей ей скорости полета частицы к рабочей зоне плющения Упад = 5,65 и 9,42 м/с, удельные энергозатраты увеличились с 4,35 до 3,76 кВтч/, но для диаметра вальца D = 200 мм

увеличение частоты вращения питающего вальца свыше 800 мин-1 приводит к снижению пропускной способности Q плющилки зерна с питающим устройством, так как скорость полета частицы к рабочей зоне плющения выше окружной скорости вальцов для плющения, что напрямую согласуется с результатами теоретических исследований.

Для изучения совместного влияния конструктивно-технологических параметров на показатели рабочего процесса реализована матрица полного факторного эксперимента второго порядка.

Матрица плана 33 и результаты исследований представлены в таблице 1. Интервалы и уровни варьирования факторов были выбраны на основании проведённых ранее исследований.

Таблица 1. Матрица плана 33, факторы и уровни варьирования Table 1. Plan 33 matrix, factors and levels of variation

Факторы / Factors Критерии оптимизации / Optimization criteria

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Уровни варьирования факторов/ The variation levels of the factors Частота вращения вальца питающего устройства n, мин-1 / Frequency rotation of the feed device roller n, min-1 Диаметр вальца D, м / Diameter of the roller D , m Высота установки питающего устройства h, мм / Height of the feed device installation h, mm Пропускная способность, Q, т/ч / The bandwidth Q, t / h Удельные энергозатраты Э, кВт ч/т / The specific energy consumption Э, kWh / t

X1 X2 X3 yi Уз

Верхнийуровень (+) /

The upper level (+) Нулевой уровень (0) /

Zero level (0) Нижнийуровень (-) / The lower level (-)

900 750 800

0,2

0,16

0,12

370

345

320

После реализации опытов, расчета оценок коэффициентов регрессии получили следующие модели рабочего процесса полного факторного эксперимента второго порядка:

у1=1,161+0,02Ьх1+0,12Ьх2+0,017^х3--0,019-Х2-0,005-Х1Х2+0,010-Х1Х3-0,011-Х|--0,057-Х2Х3-0,004-Х| у2=4,120-0,021-х1+0,285-х2-0,004-х3--0,0021-Х2+0,015-Х1Х2+ +0,037-Х1Х3+0,046-Х2 + +0,046-х2Х3-0.017-Х3 Анализируя математические модели, можно сделать вывод: наибольшее влияние на величину

(1)

(2)

критериев оптимизации оказывают факторы частота вращения питающего вальца и его диаметр.

Обсуждения Анализ полученных данных проводили с помощью поверхностей отклика (рис. 8 а, б).

Наибольшая пропускная способность Q = 1,28 т/ч плющилки достигнута при оптимальных значениях факторов: высоты установки питающего вальца относительно рабочей зоны плющения Н(хв) в интервале от 354 до 370 мм и частоты вращения вальца питающего устройства п(х1) в пределах от 852 до 900 мин-1, при фиксированном значении фактора Х2 = 1 Ф = 0,2 м).

б / b

Рис. 8. Поверхности отклика, характеризующие пропускную способность Q, т/ч (а) и удельные энергозатраты Э, кВт-ч/т (б) в зависимости от частоты вращения вальца п(хг) и высоты установки

питающего устройства Н(хз) при фиксированном значении фактора х2 = 1 (D = 0,2 м) Fig. 8. Response surfaces that characterize the throughput Q, t / h (a) and specific energy consumption Э, kWh / t (b) depending on the speed of the roller n (xi) and the installation height of the feed device h (хз) at a fixed value of the factor X2 = 1 (D = 0.2 m)

Аналогично для поверхности отклика (рис. 8, б): возможное минимальное значение удельных энергозатрат будет составлять Э = 3,84 кВт-ч/т, при уменьшении высоты установки питающего вальца относительно рабочей зоны плющения h = 320 мм и ниже, и частоте вращения вальца питающего устройства п = 810 мин-1, фиксируем значение Щх3) на величине 320 мм, так как ее уменьшение невозможно вследствие конструктивных особенностей плющилки зерна.

Таким образом, не выходя за границы поверхности отклика, достаточно иметь высоту установки питающего вальца относительно рабочей зо-

ны плющения Цх3) в пределах от 320 до 332 мм и частоту вращения вальца питающего устройства п(х1) в интервале от 800 до 857 мин-1, чтобы удельные энергозатраты были минимальны и составляли Э = 3,86 кВт-ч/т.

Ввиду того что, максимальная пропускная способность находится при сочетании наибольших значений факторов х1 и х3, а минимальные удельные энергозатраты при сочетании наименьших значений этих же факторов, необходимо решить компромиссную задачу методом наложения двумерных сечений поверхностей отклика (рис. 9).

-1 -0,6 -0,2 0,2 п, мин 1 Рис. 9. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее

пропускную способность Q, т/ч (-)удельные энергозатраты Э, кВт-ч/т (---)

в зависимости от частоты вращения вальца п(х2) и высоты установки питающего устройства h (хз)

при фиксированном факторе х2 = 1 (D = 0,2 м) Fig. 9. Two-dimensional cross-section of the response surface that characterizes

throughput Q, t / h (-) specific energy consumption Э, kWh / t (---)

depending on the speed of the roller n (xi) and the height of the feed device h (хз) for a fixed factor X2 = 1 (D = 0.2 m)

Заключение

1. Разработана конструктивно-технологическая схема плющилки фуражного зерна с питающим устройством для подачи зерна в зону плющения.

2. По результатам реализации полного факторного эксперимента второго порядка установили оптимальные величины параметров плющилки зерна: частота вращения вальца питающего устройства

п = 810.855 мин-1, высота установки питающего вальца относительно рабочей зоны плющения И = 320.332 мм и диаметр вальца В = 0,2 м. Соответственно данные оптимальные параметры факторов п, И и В определяют следующие величины критериев оптимизации: наибольшую пропускную способность Q = 1,24. 1,26 т/ч и наименьшие удельные энергозатраты Э = 3,86 кВтч/т.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сысуев В. А., Казаков В. А. Новые технологии послеуборочной переработки зерна и получения высококачественных кормов для животноводства // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2015. № 5 (48). С. 73-79.

2. Савиных П. А., Сычугов Ю. В., Казаков В. А. Ресурсо-энергосберегающие технологии обработки зерна и получения концентрированных кормов // Journal of research and applications in agricultural engineering. Poznan. 2015. Vol. 60 (1). P. 84-87.

3. Сысуев В. А., Савиных П. А., Казаков В. А. Технология двухступенчатого плющения фуражного зерна // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 6. С. 70-72.

4. Савиных П. А., Сычугов Ю. В., Казаков В. А. Новые технологии и технические средства при реконструкции зерноочистительно-сушильных комплексов // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2010. № 3. С. 65-68.

5. Sysuev V., Semjons I., Savinyh P., Kazakov V. The movement and transformation of grain in a two-stage crusher // In: Engineering for Rural Development, Proceedings, V. 14, Jelgava, P. 22-27.

6. Савиных П. А., Алешкин А. В., Казаков В. А. Экспериментально-теоретические исследования параметров плющилки зерна для фракционной технологии переработки зернового вороха // Научные труды ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии. 2008. Т. 18. № 3. С. 71-78.

7. Савиных П. А., Сычугов Ю. В., Казаков В. А. Теоретические исследования процесса взаимодействия потоков влажного плющёного зерна и консерванта // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 2 (99). С. 214-222.

8. Савиных П. А., Сычугов Ю. В., Казаков В. А. Комбикормовый цех для сельскохозяйственного предприятия // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2019. № 1 (33). С. 71-76.

9. Сысуев В. А., Савиных П. А., Казаков В. А. Движение зерновки в подводящем канале плющилки зерна // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2015. № 4 (20). С. 19-24.

10. Savinyh P., Sychugov Y., Kazakov V., Ivanovs S. Development and theoretical studies of grain cleaning machine for fractional technology of flattening forage grain // Engineering for Rural Development Proceedings. 2018. P. 124-130.

11. Савиных П. А., Сычугов Ю. В., Казаков В. А., Чернятьев Н. А. Комбикормовый цех для сельскохозяйственного предприятия // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № 6. С. 131-137.

12. Савиных П. А., Сычугов Ю. В., Казаков В. А. Фракционная технология и устройства послеуборочной обработки и переработки зерна плющением // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. № 4. С.16-21.

13. Мохнаткин В. Г., Филинков А. С., Солонщиков П. Н. Выбор рациональных параметров питающего устройства установки для приготовления кормовых смесей // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2015. № 4. С. 45-47.

14. Савиных П. А., Сычугов Ю. В., Казаков В. А. Ресурсо-энергосберегающие технологии и машины для обработки зерна и получения кормов // Problems of intensification of animal husbandry, taking into account the improvement of the territorial structure of family farms, environmental protection and EU standards. Materials for the conference 18-19 September 2012. Warsaw: Institute of Technology and Life Sciences in Falentfch, 2012. Р. 244-248.

15. Сысуев В. А., Савиных П. А., Казаков В. А. Исследования технологических параметров движения зерновки в двухступенчатой плющилке зерна // Вестник ВИЭСХ. 2014. № 4 (17). С. 6-10.

16. Сысуев В. А., Савиных П. А., Алёшкин А. В., Казаков В. А. Исследования движения зерновки в двухступенчатой плющилке зерна // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 5. С. 47-49.

17. Савиных П. А., Казаков В. А. Новая плющилка для производства зерновых кормов // Вестник Марийского государственного университета. Серия: Сельскохозяйственные науки. Экономические науки. 2015. № 2 (2). С. 44-49.

18. Мохнаткин В. Г., Солонщиков П. Н. Исследование дозирующего устройства в установке для приготовления смесей // Энергосберегающие агротехнологии и техника для северного земледелия и животноводства. Киров : ООО «Кировская областная типография», 2018. С. 234-240.

19. Сысуев В. А., Савиных П. А., Казаков В. А. Исследования конструктивно-технологических параметров и режимов работы устройства для ввода зерна в плющилку кормов // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2014. № 5 (42). С. 64-68.

20. Мохнаткин В. Г., Филинков А. С., Солонщиков П. Н. Эффективность питающего устройства в установке для приготовления жидких кормовых смесей // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики. Материалы VII Международной научно-практической конференции «Наука - Технология - Ресурсосбережение»: Сборник научных трудов. Киров: Вятская ГСХА, 2014. Вып. 15. С. 205-208.

Дата поступления статьи в редакцию 10.01.2020, принята к публикации 03.02.2020.

Информация об авторах: Мошонкин Александр Михайлович, младший научный сотрудник лаборатории «Механизация животноводства»

Адрес: Федеральное государственное научное учреждение «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого», 610007, Россия, Киров, ул. Ленина, д. 166а E-mail: [email protected] Spin-код: 6341-7812

Чернятьев Николай Александрович, кандидат технических наук, старший научный сотрудниклаборатории «Механизация животноводства»

Адрес: Федеральное государственное научное учреждение «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого», 610007, Россия, Киров, ул. Ленина, д. 166а E-mail: [email protected] Spin-код: 8099-5729

Герасимова Светлана Петровна, младший научный сотрудниклаборатории «Механизация животноводства» Адрес: Федеральное государственное научное учреждение «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого», 610007, Россия, Киров, ул. Ленина, д. 166а E-mail: [email protected] Spin-код: 9486-8710

Заявленный вклад авторов:

Мошонкин Александр Михайлович: сбор и обработка материалов, проведение экспериментов, написание окончательного варианта текста.

Чернятьев Николай Александрович: совместное осуществление анализа научной литературы по проблеме исследования, анализ полученных результатов.

Герасимова Светлана Петровна: подготовка литературного обзора, анализ и дополнение текста статьи. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

REFERENCES

1. Sysuev V. A., Kazakov V. A. Novyye tekhnologii posle uborochnoy pererabotki tsernay polucheniya vysokokachestvennykh kormov dlya zhivotnovodstva [New technologies for post-harvest grain processing and obtaining high-quality animal feed], Agrarnajanauka Evro-Severo-Vostoka [Agricultural science of the Euro-North-East]. 2015. No. 5 (48). pp. 73-79.

2. Savinyh P. A., Sychugov Ju. V., Kazakov V. A. Resurso-energosberegayushchiye tekhnologii obrabotki zerna i polucheniya kontsentrirovannykh kormov [Resource-saving technologies for processing grain and obtaining concentrated feed], Journal of research and applications in agricultural engineering. Poznan. 2015. Vol. 60 (1). pp. 84-87.

3. Sysuev V. A., Savinyh P. A., Kazakov V. A. Tekhnologiya dvukhstupenchatogo plyushcheniye furazhnogo zerna [Technology of two-stage flattening of feed grain], Dostizhenija nauki I tehniki APK [Achievements of science and technology in agriculture], 2012, No. 6, pp. 70-72.

4. Savinyh P. A., Sychugov Yu. V., Kazakov V. A. Novye tehnologii i tehnicheskie sredstva pri rekonstrukcii zernoochistitel'no-sushil'nyh kompleksov [New technologies and technical means for the reconstruction of grain cleaning and drying complexes], Agrarnaja nauka Evro-Severo-Vostoka [Agricultural science of the Euro-North-East]. 2010. No. 3. pp. 65-68.

5. Sysuev V., Ivanovs S., Savinyh P., Kazakov V. The movement and transformation of grain in a two-stage crusher, In Engineering for Rural Development, Proceedings, Volume 14, Jelgava, pp. 22-27.

6. Savinyh P. A., Aleshkin A. V., Kazakov V. A. Eksperimental'no-teoreticheskie issledovanij aparametrov pljushhilki zerna dlya fraktsionnoy tekhnologii pererabotki zerna voron [Experimental and theoretical studies of grain flattening parameters for fractional technology of grain heap processing], Nauchnyetrudy GNU VNIIM-ZhRossel'hozakademii [Scientific proceedings of the GNU VNIIMZh Russian agricultural academy]. 2008. Vol. 18. No. 3. pp. 71-78.

7. Savinyh P. A., Sychugov Ju. V., Kazakov V. A. Teoreticheskiye issledovaniya protsessa vzaimodey-stviya potoko vvlazhnogo plyushchenogo zernaikon servanta [Theoretical studies of the process of interaction of streams of wet flattened grain and preservative], Tehnologii i tehnicheskie sredstva mehani-zirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva [Technologies and technical means of mechanized production of crop andanimal husbandry], 2019. No. 2 (99). pp. 214-222.

8. Savinyh P. A., Sychugov Ju. V., Kazakov V. A. Kombikormovyjceh dlja sel'skohozjajstvennogo predprijatija [Feed mill for agricultural enterprises], Vestnik Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mehanizacii zhivotnovodstva [Bulletin of all-Russian scientific research Institute of mechanization of animal husbandry], 2019, No. 1 (33), pp. 71-76.

9. Sysuev V. A., Savinyh P. A., Kazakov V. A. Dvizheniye zernovki v podvodyashchem kanale plyushchilka zerna [Movement of the grain in the feed channel of the grain flatterer], Vestnik Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mehanizacii zhivotnovodstva [Bulletin of all-Russian scientific research Institute of mechanization of animal husbandry], 2015, No. 4 (20), pp. 19-24.

10. Savinyh P., Sychugov Y., Kazakov V., Ivanovs S. Development and theoretical studies of grain cleaning machine for fractional technology of flattening forage grain, Engineering for Rural Development Proceedings, 2018, pp.124-130.

11. Savinyh P. A., Sychugov Ju. V., Kazakov V. A., Chernjat'ev N. A. Kombikormovyy tsen dlya sel'skokho-zyaystvennogo predpriyatiya [Feed mill for agricultural enterprises], Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj sel'skohozjajst-vennoj akademii [Bulletin of the Kursk state agricultural Academy], 2018, No. 6, pp. 131-137.

12. Savinyh P. A., Sychugov Ju. V., Kazakov V. A. Frakcionnaja tehnologija i ustrojstva posleubo-rochnoj obrabotki I pererabotki zerna pljushheniem [Fractional technology and devices for post-harvest processing and processing of grain by flattening], Sel'skohozjajstvennye mashiny I tehnologii [Agricultural machines and technologies], 2018, Vol. 12, No. 4, pp. 16-21.

13. Mohnatkin V. G., Filinkov A. S., Solonshhikov P. N. Vybor racional'nyh parametrov pitajushhego ustrojstva ustanovki dlja prigotovlenija kormovyh smesej [Selection of rational parameters of the feeding device of the plant for preparing feed mixtures], Traktory i sel'skohozjajstvennye mashiny [Tractors and agricultural machines], 2015, No. 4. pp. 45-47.

14. Savinyh P. A., Sychugov Ju. V., Kazakov V. A. Resurso-jenergosberegajushhie tehnologii i mashiny dlja obrabotki zerna I poluchenija kormov [Resource-saving technologies and machines for grain processing and feed production], Problems of intensification of animal husbandry, taking into account the improvement of the territorial structure of family farms, environmental protection and EU standards. Materials for the conference 18-19 September 2012. Warsaw: Institute of Technology and Life Sciences in Falentfch. Warszawa: Institute Technologczno-Przyrodniczy w Falentfch, 2012. pp. 244-248.

15. Sysuev V. A., Savinyh P. A., Kazakov V. A. Issledovanija tehnologicheskih parametrov dvizhenija zernovki v dvuhstupenchatoj pljushhilke zerna [Research of technological parameters of grain movement in a two-stage grain flattener], Vestnik VIJeSH [Bulletin of the all-Russian research Institute for agricultural electrification], 2014, No. 4 (17), pp. 6-10.

16. Sysuev V. A., Savinyh P. A., Aljoshkin A. V., Kazakov V. A. Issledovanija dvizhenija zernovki v dvuhstu-penchatoj pljushhilke zerna [Studies of the movement of grains in a two-stage grain flattening machine], Dostizhenija nauki i tehniki APK [Achievements of science and technology in agriculture], 2014, No. 5, pp. 47-49.

17. Savinyh P. A., Kazakov V. A. Novaja pljushhilka dlja proizvodstva zernovyh kormov [New crusher for the production of feed grains], Vestnik Marijskogo gosudarstvennogo universiteta. Serija: Sel'skohozjajstvennye nauki. Jekonomicheskie nauki [Bulletin of the Mari state University. Series: Agricultural Sciences. Economics], 2015, No. 2 (2), pp. 44-49.

18. Mohnatkin V. G., Solonshhikov P. N. Issledovanie dozirujushhego ustrojstva v ustanovke dlja prigotovlenija smesej [Research of a dosing device in a mixing plant], Jenergosberegajushhie agrotehnologii i tehnika dlja severnogo zemledelija i zhivotnovodstva [Energy-saving agricultural technologies and equipment for Northern agriculture and animal husbandry], Kirov: «Kirov regional printing house», 2018. pp. 234-240.

19. Sysuev V. A., Savinyh P. A., Kazakov V. A. Issledovanija konstruktivno-tehnologicheskih para-metrov i rezhimov raboty ustrojstva dlja vvoda zerna v pljushhilku kormov [Research of structural and technological parameters and operating modes of the device for entering grain into the feed plushers], Agrarnaja nauka Evro-Severo-Vostoka [Agricultural science of the Euro-North-East], 2014, No. 5 (42), pp. 64-68.

20. Mohnatkin V. G., Filinkov A. S., Solonshhikov P. N. Effektivnost' pitajushhego ustrojstva v ustanovke dlja prigotovlenija zhidkih kormovyh smesej [Efficiency of the feeding device in the installation for the preparation of liquid feed mixtures], Uluchshenie jekspluatacionnyh pokazatelej sel'skohozjajstvennoj jenergetiki. Materialy VII Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Nauka - Tehnologija - Resursosberezhenie»: Sbornik nauchnyh trudov [Improvement of operational indicators of agricultural energy: proceedings of the 7th International. science-practice. conf. «Science - Technology - Resource Saving»], Kirov: Vjatskaja GSHA, 2014, No. 15, pp. 205-208.

Submitted 10.01.2020; revised 03.02.2020.

About the authors:

Alexander M. Moshonkin, junior researcher of the laboratory «Mechanization of animal husbandry» Address: Federal state scientific institution «Federal agricultural research center of the North-East named after N. V. Rudnitsky», 610007, Russia, Kirov, Lenin street, 166a E-mail: [email protected] Spin-Kog: 6341-7812

Nikolay A. Chernyatiev, Ph. D. (Engineering),

senior researcher of the laboratory «Mechanization of animal husbandry»,

Address: Federal state scientific institution «Federal agricultural research center of the North-East named after N. V. Rudnitsky», 610007, Russia, Kirov, Lenin street, 166a E-mail: [email protected] Spin-Kog: 8099-5729

Svetlana P. Gerasimova, junior researcher of the laboratory «Mechanization of animal husbandry», Address: Federal state scientific institution «Federal agricultural research center of the North-East named after N. V. Rudnitsky», 610007, Russia, Kirov, Lenin street, 166a E-mail: [email protected] Spin-Kog: 9486-8710

Contribution of the authors:

Alexander M. Moshonkin: collection and processing of materials, implementation of experiments, writing the final text.

Nikolay A. Chernyatiev: carried out the analysis of scientific literature in a given field, analysed data. Svetlana P. Gerasimova: reviewing the relevant literature, analysing and supplementing the text.

All authors read and approved the final version of the manuscript.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.