CC BY
30
УДК 631.363.7
ОБОСНОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И КОЛИЧЕСТВА ЛОПАСТЕЙ КОМБИНИРОВАННОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА
СМЕСИТЕЛЯ КОРМОВ
В.В. Коновалов, В.П. Терюшков, В.В. Коновалов, А.В. Чупшев
Дается описание смесителя непрерывного действия с горизонтальным комбинированным рабочим органом. Представлены результаты экспериментальных исследований смесителя, уравнения регрессии неравномерности смеси, потребляемой мощности, энергоемкости перемешивания. Обоснованы параметры: частота вращения рабочего органа 1000 мин'1 при 6 прутковых лопастях. Ключевые слова: смешивание, коэффициент вариации, неравномерность смеси, смеситель, мешалка, энергоемкость перемешивания, мощность привода смесителя кормов.
Для обеспечения животных необходимыми питательными веществами компоненты кормосмесей подлежат дозированию с последующим смешиванием. Под смешиванием понимают процесс равномерного распределения частиц компонентов конкретного корма в общем объеме, в результате чего получают однородную кормовую смесь [1].
Равномерность смешивания (однородность) должна составлять соответственно: для КРС не менее 80%; для овец - 75... 80% (при вводе карбамида -90%); для свиней - не менее 90%; для зверей - не менее 80%. Равномерность комбикормов, приготавливаемых в хозяйстве - не менее 90% [1-3]. Равномерность смеси определяют:
Ур=(100-у) (1)
В качестве показателя неравномерности смешивания используют коэффициент вариации V фактического распределения контролируемого или контрольного компонента в пробах [1]
у= 100-8 /Х, %, (2)
где S - эмпирическое (опытное) среднеквадратичное отклонение:
Б
= 1
£(Хп, - Х)2
1=1_
N-1 , (3)
где Х - среднеарифметическое значение контрольного компонента во всех взятых пробах, г; N - общее количество проб, 15-20 шт.
Чем меньше V, тем качественнее распределены компоненты в смеси.
В зависимости от вида смешиваемых кормов применяют различные виды смесителей. Их различают по принципу действия: непрерывные и периодические. В случае непрерывного дозирования компонентов используют смесители непрерывного действия. Они менее энергоемки, однако по качественным показателям смеси зачастую несколько хуже периодических [1-6].
Для смешивания сухих кормов наиболее эффективны смесители с лопастными рабочими органами [1,7,8]. В процессе ранее проводимых исследований [9, 10, 11] был определен ряд рациональных конструктивно-кинематических параметров лопастного рабочего органа смесителя периодического, а также непрерывного действия. Используя полученные данные, были проведены мероприятия по разработке и изготовлению в Пензенской ГСХА смесителя сухих кормов непрерывного действия (рис. 1). ч а ч 7 1
Смеситель представляет собой горизонтальный кожух 2 с загрузной воронкой 3 и выгрузным лотком 1. Внутри кожуха установлен горизонтальный вал с приводом 5 от электродвигателя через клиноременную передачу. На валу установлен комбинированный рабочий орган 4 в виде последовательно установленной прутковой П-образной лопастной мешалки и двухзаходного спирально-винтового пруткового конвейера. Компоненты смеси, непрерывным потоком загружаемые в смеситель через загрузную воронку 3, активно перемешиваются внутри кожуха прутковыми лопастями П-образной мешалки в зоне за-грузного отверстия. Часть материала ссыпается с лопастной мешалки на спирально-винтовой прутковый конвейер, который дополнительно перемешивает материал и транспортирует его вдоль кожуха к выгрузному лотку 1.
План проведения исследований соответствовал полнофакторному плану 2 . Методика опытов предусматривала подачу контрольного компонента (зерна ячменя) в количестве 2,5% от массы смеси. Наполнитель: дерти ячменная и пшеничная в пропорции 1:1, насыпной плотностью 710 кг/м . Количество проб для определения качества смеси - 20 шт. Масса пробы - 100 г.
В результате обработки опытных данных по качеству смеси получено выражение неравномерности смеси (коэффициента вариации содержания контрольного компонента в пробах), %:
у=118,6483-0,52621-П+0,00058-П2+0,034409-7-П-8,09237-7-0,3506-72,
(4)
Рис. 1. Смеситель с комбинированным рабочим органом: 1 - выгрузной лоток; 2 - кожух; 3 - загрузная воронка; 4 - рабочий орган; 5 - привод
Journal of VNHMZH №1(13)-2014
109
где п - частота вращения рабочего органа, мин-1; Ъ вых П-образных лопастей рабочего органа, шт.
Коэффициент корреляции Я=0,91789. Ф-тест = 0,969869.
количество прутко-
МосМ: \г=а0+а1 *г+а11 *г*г+а2*п+а22"п*п+ а \Г7.*п V =118,648-8,09237*г-0,3505976'2"г-0,5262065*п+ +0,000579Э*п*ги-0,034409'п'г
350 300 250 200 150
3 > а с С:
: ыа " 16.9 С;
30.8 34.3 ,, ' 37.6 а' 41.3._ ' ■■■■■-. 23.9 27.3 , 20.4 ... с
,. 48.2 ^ - ■ -ГГГ^—••..
Рис. 2. Влияние количества лопастей мешалки Z (шт.) и частоты вращения рабочего органа п (мин-1) на неравномерность смеси V, %
3,0
3.5
4.0
4.5
г
5.0
5.5
6,0
С увеличением частоты вращения и количества лопастей неравномерность смеси снижается. При доле контрольного компонента в составе смеси коэффициент вариации менее 20% соответствует частоте вращения 240 мин-1 и более. Лучше значения показателей при количестве лопастей, соответствующем 6 шт. В результате обработки опытных данных получено выражение мощности привода смесителя, Вт:
1№=812,6077-317,216-Ъ+45,76911-Ъ2+2,067434*п+ +0,004361-п2-0,54485-Ъ-п.
Коэффициент корреляции Я=0,95265. Ф-тест 0,86931.
(5)
Мо<) е I: \№=а0 +а1 *г+а1 ГТ^+а2*п +а22*п*п +а12*г*п \Л?=812,<61-317,216*2+45,7691 "2*2+2,067434*п+ +0,0 043 613*п *гь0,544848*п *2
Рис. 3. Влияние количества лопастей мешалки Z (шт.) и частоты вращения рабочего органа п (мин-1) на мощность, потребляемую приводом смесителя Вт
С ростом частоты вращения рабочего органа затраты мощности неуклонно растут. Минимальная энергоемкость при частоте вращения до 150 мин-1. Количество лопастей при этом 3-5 шт. Однако с ростом частоты вращения до 350 мин-1 наибольшие затраты мощности соответствуют количеству лопастей 3 шт. Минимум мощности привода смещается к 6 лопастям. Это связано с уменьшением эквивалентной вязкости сыпучих материалов и ростом частоты воздействия на них. Чем выше частота воздействий, тем большее количество материа-
ла находится во взвешенном состоянии (отдаленно напоминающее псевдокипя-щий слой). Это уменьшает сопротивление материала движению лопастей.
В результате расчета и обработки данных получено выражение энергоемкости смесеобразования, Дж/кг:
У=439,41+1,318673-п+0,001381- п2-0,23547-7-п -
-183,533795-7+24,41775-72. (6)
Коэффициент корреляции R=0,95818. Ф тест = 0,884772.
1УМе I: У=аО +а2*п+а22*п*п +а12 *г *п+а 1 *г+а11Ч Ч У=439,409+1,318Б7*п+0.001381*п*п-0,2354Б97*п*г. -183,533 7*п +24,417751Т1
' 183 214 246 276 307 338
С: 11 о / С: 10 / С 5 368 ^ ■' 399 ■■:" 430 '
7 С:4 у .■■' 461:
150 200 250 300 ЗЕО
Рис. 4. Влияние количества лопастей мешалки Z (шт.) и частоты вращения рабочего органа п (мин-1) на энергоемкость смешивания У, Дж/кг
С ростом часты вращения рабочего органа энергоемкость возрастает по зависимости, близкой к линейной. При малой частоте вращения (до 200 мин-1) минимум энергоемкости приходится на 4-5 лопастей. К 300 мин-1 минимум энергоемкости смещается к 5-6 шт. Самая высокая энергоемкость при 3 лопастях и наибольшей частоте вращения. Это связано с затратами мощности на перемешивание смеси. В результате расчета и обработки данных получено выражение энергоемкости смесеобразования, скорректированное с учетом равномерности смеси, Дж/кг:
Ук=1138,738-0,408-п+0,00272-п2-0,00718-7-п-353,296-7+35,53292-72 (7) Коэффициент корреляции R=0,90007. Ф тест = 0,821174 Энергоемкость смесеобразования, скорректированная с учетом равномерности смеси, Дж/кг, определяется:
1-0,01-к
МоЛ* Ук=а0+а2*п +а22*п*п+а12*г*п+а1*2+а11 У к=(1138,7-0,4080035*п-Ю,00272*п*п-0,0071763*п*7--353,290*п+35:5329*2*2
е
""" ' ■ .... X. '4 ■ X .. \ "
5 275 306 337
1 367
N / 399
4 " с::11 С:3 428 с о о о 460 490
3 . ——- "' 520 551 7- С_й С* : 1 . •• .
150 200 250 300 350
п
V 1
Рис. 5. Влияние количества лопастей мешалки Z (шт.) и частоты вращения рабочего органа п (мин-1) на корректированную энергоемкость смешивания Ук, Дж/кг
111
Характер изменения значений данного показателя близок к изменению энергоемкости смесеобразования. Однако наибольшие значения корректированной энергоемкости соответствуют 3 и 6-ти лопастям при наибольшей частоте вращения рабочего органа. Минимум энергоемкости при 5-ти лопастях.
Таким образом, учитывая несущественное изменение энергоемкости при 5 и 6 лопастях, а также лучшие качественные показатели смеси при частоте вращения рабочего органа не менее 240 мин-1 и при 6 лопастях, данные конструктивно-кинематические параметры следует считать рациональными значениями и использовать их при обосновании технологических параметров смесителя.
Литература:
1. Коновалов В.В., Щербаков С.И., Дмитриев В.Ф. Механизация технологических процессов животноводства. Пенза, 2006. 274 с.
2. Коновалов В.В. Механизация приготовления и раздачи кормов. Пенза: РИО ПГСХА, 2002.
3. Коновалов В.В. Обоснование технических средств приготовления и выдачи кормов в свиноводстве: монография. Пенза: РИО ПГСХА, 2005. 314 с.
4. Гусев С.В., Коновалов В.В., Щербаков С.И. Концентрированные корма... увлажненные // Сельский механизатор. 2003. №1. С. 18.
5. Иноземцева Л.В., Коновалов В.В. Обоснование параметров увлажнителя концентрированных кормов // Достижения науки и техники АПК. 2003. №7. С. 23-24.
6. Мишин К.М., Коновалов В.В., Курочкин А.А. Смеситель жира и концентрированных кормов // Животновод. 2003. №2. С. 27.
7. Смеситель сухих кормов / И.А. Боровиков [и др.] // Сельский механизатор. 2006. №7.
8. Новиков В.В., Симченкова С.П., Курдюмов В.И. Обоснование параметров лопастной мешалки // Вестник Ульяновской ГСХА. 2011. №2(14). С. 104-108.
9. Чупшев А.В., Коновалов В.В., Гусев С.В. Экспериментальные исследования смесителя кормов // Нива Поволжья. 2008. №2. С. 69-75.
10. Обоснование параметров вертикального смесителя с комбинированным рабочим органом / В.П. Терюшков [и др.] // Вестник СГАУ им Н.И. Вавилова. 2007. №3. С. 59-61.
11 . Обоснование оптимальных конструктивно-режимных параметров смесителя непрерывного действия / А.С. Калиганов [и др.] // Нива Поволжья. 2011. №3(20). С. 63-67.
Коновалов Владимир Викторович, доктор технических наук, профессор
Терюшков Вячеслав Петрович, кандидат технических наук, доцент
Коновалов Виктор Владимирович, инженер
Чупшев Алексей Владимирович, кандидат технических наук
ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»
E-mail: konovalov-penza@rambler.ru
A description of continuous mixer combined with horizontal working body. The results of experimental studies of the mixer, the regression equation of uneven mixture, power consumption, energy intensity of mixing. The parameters of: the frequency of rotation of the body of1000min-1 at 6 bar stock blades.
