CC BY
0УДК 636.085.5
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОГО АКТИВАТОРА СМЕСИТЕЛЯ-ОБОГАТИТЕЛЯ
ПОЛЯКОВА Анастасия Анатольевна, ст. преп. кафедры электротехники и физики, nastasia_19882010@mail.ru
КАШИРИН Дмитрий Евгеньевич, д-р техн, наук, доцент кафедры электроснабжения, kadm76@ mail.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
Мясо крупного рогатого скота обладает высокой питательностью, хорошими вкусовыми качествами и пользуется большим спросом населения. Для получения высокой молочной и мясной продуктивности необходимо, чтобы в крови животного постоянно находились вещества, нужные для образования мяса и молока. Обеспечивается это, во-первых, организацией достаточно обильного и бесперебойного кормления животных, а во-вторых, введением в рацион разнообразных компонентов, что позволяет сбалансировать рационы по всем питательным и биологически активным веществам, необходимым организму. Неравномерность уровня кормления коров в различные сезоны года может резко сказаться на изменении средних ежемесячных удоев стада [1]. Одной из важнейших операции в технологии приготовления концентрированных кормов является смешивание, так как в процессе смешивания обеспечивается приготовление высококачественных кормов со строго определенной рецептурой. Для приготовления кормов, отвечающих современным требованиям, необходимо оборудование, в частности, смесители, которые позволяют приготавливать корма как в условиях мелкого, так и среднего хозяйства [2]. При сложившейся во многих хозяйствах структуре землепользования большие трудности в сбалансировании рационов для молочных коров появляются по причине некачественного приготовления концентрированных кормов. Важным условием роста производства продукции животноводства является укрепление и развитие кормовой базы. Актуальной задачей, возникающей при организации кормления сельскохозяйственных животных, является качество смешивания концентрированных кормов. Установлена адекватная эмпирическая зависимость влияния на него конструктивно-технологических параметров шнекового смесителя. Выявлено рациональное сочетание экспериментальных факторов [1,2].
Ключевые слова: смешивание, концентрированные корма, шнековый смеситель-обогатитель, механический активатор.
Введение
Одной из важнейших операций в технологии приготовления концентрированных кормов является смешивание.
В современных условиях к процессу смешивания предъявляется ряд требований. Смесители концентрированных кормов должны иметь невысокую энергоемкость, не травмировать и не измельчать зерно, иметь высокую техническую надежность и универсальность [3]. Конструкция предложенного нами смесителя-обогатителя в значительной мере отвечает изложенным выше требованиям. Основными рабочими органами разработанного смесителя-обогатителя являются шнек и электромеханический активатор. На наш взгляд, такое выполнение конструкции должно обеспечивать довольно высокую техническую надежность и относительно низкую энергоемкость процесса смешивания [1].
Экспериментальные исследования
Для проведения экспериментальных исследований был изготовлен опытный образец смесителя концентрированных кормов, представленной на рисунке 1. При проведении лабораторных ис-
© Полякова А. А.,
следований рабочая камера смесителя-обогатителя была снабжена механическим активатором смешивания, позволяющим нарушать струйность сочетания зерна, за счет чего активизируются процессы смешивания компонентов (рис.2) [57,9,12-14]. Выполненные исследования позволили установить, что наиболее значимо на изменения коэффициента однородности смеси влияют следующие параметры активатора:
- угол раскрытия механического активатора (град.);
- угол поворота механического активатора (град.);
- частота колебаний механического активатора (1/сек.).
Лабораторная установка снабжена электрическим приводом, позволяющим изменять частоту колебаний активатора, а также угол его наклона. Имеется электрическое устройство, позволяющее измерять частоту работы активатора и выводить информацию на осциллограф. Энергоемкость процесса работы активатора измеряли прибором К-51 [4,8,10,11,15,16].
Каширин Д.Е., 2017г.
1 - смеситель-обогатитель, 2 - прибор для измерения мощности (Р) лабороторной установки К-51, 3 - осцилограф, предназначенный для измерения частоты колебаний механического активатора, 4 - латр для изменения величины движения электродвигателя, приводящего механический ативатор, за счет которого обеспечивается изменение частоты вращения (п) активатора, 5 - мерная емкость для сбора приготовленной смеси концентрированных кормов Рис. 1 - Схема шнекового смесителя-обогатителя концентрированных кормов
а - установка активатора в рабочую камеру смесителя-обогатителя концентрированных
кормов; б - активатор в сборе Рис. 2 - Механический активатор процесса смешивания Цель эксперимента заключается в установлении влияния управляемых факторов на критерий оптимизации (коэффицент вариации v%).
Таблица 1 - Факторы и уровни их варьирования
Факторы Обозначение Ед.изм. Уровни варьирования нижний нулевой верхний Кодированное обозначение Интервал варьирования
+1 0 -1
Угол раскрытия механического активатора (х1) Аф1 град. 70 100 130 30
Угол поворота механического активатора (х2) Дф2 град. 20 40 60 20
Частота колебаний (х3) п 1/сек 40 65 90 25
Качество смеси оценивали по критерию оптимизации (коэффициент вариации, v%), смесь считали двухкомпонентной. Выделяется контрольный (ключевой) компонент, по степени распределения которого и судят о качестве смеси. Статистические характеристики позволяют оценить процесс смешивания. Когда известны дисперсия D, закон распределения, среднеква-
дратичное отклонение а или математическое ожидание М, то может быть охарактеризована случайная величина Х. Как основной критерий оценки качества смеси многие исследователи выбирают квадратичное отклонение содержания контрольного компонента в пробах.
Среднеквадратичное отклонение а (г) определяется по формуле:
(1)
где - масса контрольного компонента, выбранного из каждой пробы, г; Х - среднее арифметическое масс контрольного компонента во всех пробах, г; ппр - общее число проб.
Масса пробы тт|п (г) при средней концентрации контрольного компонента в пробах (С+3а) вычисляется по формуле:
(2)
В эту формулу вместо d подставляем среднеарифметический эквивалентный диаметр зерна dэ (мм), который определяется по формуле:
аэ = 1.24УЙ, (3)
где С - концентрация контрольного компонента,
V - критерий оптимизации (коэффициент вариации).
При статистической обработке результатов опытов была установлена адекватная математи-
ческая модель второго порядка. Все исследуемые факторы оказались значимыми
у(х1, х2, хЗ) = 64.25 8 - 0.142-х,-
-0.45 -х2 -0.636 -хъ-
0.000139 ^ -х2 -
-0.001222-х1 х}
0.004667-х, -х,
(4)
+0.000185 ■ лс? + 0.001042 ■ х22 + 0.003867 ■ х23,
Анализ установленной модели, судя по линейным коэффициентам регрессии, показывает, что наиболее значимо на процесс смешивания зерна влияет частота колебаний, так как коэффициент регрессии равен 0,636. Существенное влияние оказывает угол поворота активатора относительно своей оси, так как коэффициент при линейном члене равен 0,45. Наименьшее влияние оказывает фактор х1, так как коэффициент при линейном члене равен 0,142.
Проведенная оптимизация в среде MatCad позволила установить, что критерий оптимизации (V) достигает минимума при следующем сочетании факторов:
(Х„ х2, Хз) = V(130, 20, 90) = 8.889%
Рис. 3 - Зависимость критерия оптимизации V, % от факторов х2 и х3 при фиксированном на оптимальном уровне значении фактора х,
кЗ, Ги
Гц
II, грю.
х1, град.
Рис. 4 - Зависимость критерия оптимизации V, % от факторов х1 и х3 при фиксированном на оптимальном уровне значении фактора х2 3
х2, |'рад-
xl, град.
vi, град.
Рис. 5 - Зависимость критерия оптимизации V, % от факторов х1 и х2 при фиксированном на
оптимальном уровне значении фактора Хз
Заключение
В результате лабораторных исследований установлено, что конструкция разработанного нами механического активатора оказывает значимое влияние на процесс смешивания и существенно ускоряет процесс, при этом критерий оптимизации и однородность достигают своего минимума в зоне интерполяции (исследование факторного пространства равно 8,889%). Получаемая смесь концентрированного корма имеет высокую однородность, что свидетельствует о ее хорошем качестве и возможности скармливания любым видам сельскохозяйственных животных.
Список литературы
1. Полякова, А.А. Исследование влияния конструктивно-технологических параметров смесителя-обогатителя концентрированных кормов на энергоемкость процесса смешивания/ Д.Е. Ка-ширин//Вестник КрасГау. -2016. -С.107-113.
2. Полякова, А.А. Теоретические исследование конструктивно-технологических параметров шнековых смесителей концентрированных кормов/ Д.Е. Каширин//Вестник РГАТУ. -2016. -С.81-86.
3. Полякова А.А. Обзор современных технических средств для приготовления и раздачи кормов и пути их совершенствования /А.А. Полякова Д.Е. Каширин М.А., Милютин //Материалы международной научно-практической конференции молодых ученых. - Иркутск.2015г.-С.216-221.
4. Хмыров В.Д. Экспериментальные исследования по определению пористости компостируемой смеси/ В.В. Миронов//Естественные и технологические науки. -2003. - №1(4). С. 83-88.
5. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов/С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Ро-щин. - Л.: Колос,1980. -168 с.
6. Щербаков С.И. Механизация технологических процессов животноводства/ А.А. Курочкин, В.Н Стригин, С.И. Щербаков, В.В. Коновалов, // Программа для высших сельскохозяйственных учебных заведений. - Москва, 1998 г.
7. Полякова, А.А. Результаты лабораторных
исследований смешивания дробленых компонентов кормосмесей в миксере с электроприводом/ Д.Е. Каширин//Вестник РГАТУ. -2015. -С.115-118.
8. Полякова, А.А. Конструктивно-технологические параметры спирального смесителя/ В.В. Утолин, Е.Е. Гришков,
А.Н. Топильский //Сельский механизатор.-2015.-№ 7. С. 28-29.
9. Полякова, А.А. Исследование производительности смесителя-обогатителя концентрированных кормов/А.А. Полякова//Инновационные направления развития технологий и технологических средств механизации сельского хозяйства. -Воронеж. -2016. -С.263
10. Полякова, А.А. Проведение настроечных экспериментов на лабораторной установке вертикального миксера/Н.Г. Кипарисов, А.А. Полякова// Вестник РГАТУ. -2013. -С.55-58.
11. Полякова, А.А. Использование акселерометров для определения технических параметров смесителя кормораздатчика/А.А. Полякова//Вест-ник РГАТУ. -2015. -С.120-122.
12. Полякова, А.А. Результаты лабораторных исследований смешивания дробленых компонентов кормосмесей в миксере с электроприводом/ Д.Е. Каширин//Вестник РГАТУ. -2015. -С.115-118.
13. Полякова, А.А. Экспериментальное исследование электродвигателей привода кормораздатчика/Н.В. Бышов, А.А. Полякова, Н.Г. Кипарисов//Сб. научных трудов РГАТУ. -2011. -С.114-116.
14. Полякова, А.А. Проведение полнофакторного эксперимента по смешиванию дробленых компонентов кормовых смесей/Кущев И.Е, А.А. Полякова, Н.Г. Кипарисов//Сб. научных трудов РГАТУ. -2012. -С.130-134.
15. Коновалов, В.В. Смеситель концентрированных кормов непрерывного действия/ В.В. Коновалов, А.С. Кулиганов, В.П. Терюшков, А.В. Чуп-шев //Сельский механизатор. - 2011. - №8. С.30.
16. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов/ С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - Л: Колос,1980. -168с.
GROUNDING PARAMETERS OF THE MANUAL ACTIVATOR OF THE ENRICHING MIXER
Polyakova, Anastasiya A., senior lecturer, Department of Electrical engineering, nastasia_19882010@ mail.ru
Kashirin, Dmitriy Ye., Ph. D., associate Professor, kadm76@mail.ru State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
Cattle meat has a high nutritional value, good taste and is in high demand. To obtain high milk and meat production it is necessary that the blood of the animal were the substances needed for the formation of meat and milk. It is ensured, first, by the organisation sufficiently abundant and uninterrupted feeding of animals, and secondly, the introduction in the diet of a variety of components that allows you to balance rations for all nutrients and bioactive substances needed by the body. The uneven level of feeding of cows in different seasons of the year can drastically affect the change in mean monthly milk yield of the herd. One of the most important operations in the preparation of concentrated feed is mixing. As the mixing process is provided by manufacturing high quality feeds with a certain recipe. For preparation of feed that meet the modern requirements necessary equipment, such as mixers, which allow to prepare the feed, both in terms of small and medium-sized farms. At current many farms structure of land tenure difficulties in balancing rations for dairy cows develop because of not the qualitative preparation of concentrated feed. An important condition for the growth of livestock production is the strengthening and development of fodder. The actual task involved in managing the feeding of farm animals is the quality of the mixing of concentrated feed. Determine adequate empirical dependence of influence of constructive-technological screw mixer. Identified rational combination of experimental factors.
Key words: mixing, concentrated feed screw mixer-concentrator, a mechanical activator.
Literatura
1.Polyakova, A.A. Issledovanie vliyaniya konstruktivno-tekhnologicheskih parametrov smesitelya-obogatitelya koncentrirovannyh kormov na ehnergoemkost' processa smeshivaniya/ D.E. Kashirin//Vestnik KrasGau. -2016. -S.107-113.
2.Polyakova, A.A. Teoreticheskie issledovanie konstruktivno-tekhnologicheskih parametrov shnekovyh smesitelej koncentrirovannyh kormov/D.E. Kashirin//Vestnik RGATU. -2016. -S.81-86.
3.Polyakova A.A. Obzor sovremennyh tekhnicheskih sredstv dlya prigotovleniya i razdachi kormov i puti ih sovershenstvovaniya /A.A. Polyakova D.E. Kashirin M.A., Milyutin //Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii molodyh uchenyh. - Irkutsk.2015g.-S.216-221.
4.Hmyrov V.D. EHksperimental'nye issledovaniya po opredeleniyu poristosti kompostiruemoj smesi/ V.V. Mironov//Estestvennye i tekhnologicheskie nauki. -2003. - №1(4). S. 83-88.
5.Mel'nikov, S.V Planirovanie ehksperimenta v issledovaniyah sel'skohozyajstvennyh processov/S.V. Mel'nikov, V.R. Aleshkin, P.M. Roshchin. - L.: Kolos,1980. -168 s.
6.Herbakov S.I. Mekhanizaciya tekhnologicheskih processov zhivotnovodstva/ A.A. Kurochkin, V.N Strigin, S.I. SHCHerbakov, V.V. Konovalov, //Programma dlya vysshih sel'skohozyajstvennyh uchebnyh zavedenij. -Moskva, 1998 g.
7.Polyakova, A.A. Rezul'taty laboratornyh issledovanij smeshivaniya droblenyh komponentov kormosmesej v miksere s ehlektroprivodom/D.E. Kashirin//Vestnik RGATU. -2015. -S.115-118.
8.Polyakova, A.A. Konstruktivno-tekhnologicheskie parametry spiral'nogo smesitelya/ V.V. Utolin, E.E. Grishkov,
A.N. Topil'skij//Sel'skij mekhanizator.-2015.-№ 7. S. 28-29.
9.Polyakova, A.A. Issledovanie proizvoditel'nosti smesitelya-obogatitelya koncentrirovannyh kormov/ A.A. Polyakova//Innovacionnye napravleniya razvitiya tekhnologij i tekhnologicheskih sredstv mekhanizacii sel'skogo hozyajstva. - Voronezh. -2016. -S.263
10.Polyakova, A.A. Provedenie nastroechnyh ehksperimentov na laboratornoj ustanovke vertikal'nogo miksera/N.G. Kiparisov, A.A. Polyakova//Vestnik RGATU. -2013. -S.55-58.
11.Polyakova, A.A. Ispol'zovanie akselerometrov dlya opredeleniya tekhnicheskih parametrov smesitelya kormorazdatchika/A.A. Polyakova//Vestnik RGATU. -2015. -S.120-122.
12.Polyakova, A.A. Rezul'taty laboratornyh issledovanij smeshivaniya droblenyh komponentov kormosmesej v miksere s ehlektroprivodom/D.E. Kashirin//Vestnik RGATU. -2015. -S.115-118.
13.Polyakova, A.A. EHksperimental'noe issledovanie ehlektrodvigatelej privoda kormorazdatchika/N.V. Byshov, A.A. Polyakova, N.G. Kiparisov//Sb. nauchnyh trudov RGATU. -2011. -S.114-116.
14.Polyakova, A.A. Provedenie polnofaktornogo ehksperimenta po smeshivaniyu droblenyh komponentov kormovyh smesej/Kushchev I.E, A.A. Polyakova, N.G. Kiparisov//Sb. nauchnyh trudov RGATU. -2012. -S.130-134.
15.Konovalov, V.V. Smesitel' koncentrirovannyh kormov nepreryvnogo dejstviya/ V.V. Konovalov, A.S. Kuliganov, V.P. Teryushkov, A.V. CHupshev//Sel'skijmekhanizator. - 2011. - №8. S.30.
16.Mel'nikov, S.V. Planirovanie ehksperimenta v issledovaniyah sel'skohozyajstvennyh processov/S.V. Mel'nikov, V.R. Aleshkin, P.M. Roshchin. - L: Kolos,1980. -168s.
