Обоснование параметров прессующе-формующего блока пресса для получения корнеплодно-зерновых гранул

Андрей Владимирович Бурмага; Александр Викторович Чубенко; Виктор Вацлавович Самуйло; Юрий Борисович Курков; Сергей Александрович Винокуров

ропроизводителя повысить эффек-

тивность производства животноводческой и птицеводческой продукции путем использования обладающих высокой питательной и кормовой ценностью сырьевых продуктов в виде корнеклубнеплодов и семян зернобобовых культур, и отсутствием знаний о закономерностях приготовления кормовых продуктов на основе гранулированно-брикетированных корне-плодно-зерновых композиций, что порождает проблемную ситуацию.

Целью исследования является обоснование параметров прессующе-форму-ющего блока пресса для получения корне-плодно-зерновых гранул.

Ранее проведенными исследованиями [6-11] установлено, что оптимальной структурно-функциональной схемой пресса для получения гранулированно-бри-кетированных смесей на основе корне-плодно-зерновых композиций следует признать схему, основными элементами которой являются три функциональных блока (рис. 1).

Из рисунка видно, что определяющим фактором, от которого зависит конечное качество получаемого продукта (гранул, брикетов), являются параметры

Смешивающе-питающий блок (СПБ)

Дезинтегрирующе-гомогенизирующий блок (ДГБ)

Прессующе-формующнй блок (ПФБ)

Рисунок 1 - Структурно-функциональная схема пресса для получения гранулированно-брикетированных смесей на основе корнеплодно-зерновых композиций Figure 1 - Structural and functional diagram of the press for the production of granular-briquetted mixtures based on root crops-grain compositions

работы прессующе-формующего блока (ПФБ) пресса.

Материалы и методы исследований. При проведении экспериментальных исследований в качестве управляемых факторов приняты:

1) угловая скорость ножа - а с-1;

2) длина канала - Iе, мм;

3) толщина стенки брикета - Ad, мм. В качестве критериев оптимизации

использованы:

1) в - однородность, %;

2) Пр - прочность гранул, %;

3) NЭ - энергоемкость, (Втч)/кг.

Результаты исследований и их обсуждение. В результате поисковых опытов определены уровни варьирования указанными факторами для зависимостей: = f (lc; Ad; шн) ^ opt

В таблице 1 представлены факторы процесса и уровни их варьирования.

В таблице 2 дана матрица планирования трехфакторного эксперимента и его результаты по 15 опытам.

После реализации эксперимента по матрице планирования (табл. 2) и получения данных проведена их обработка, что отражено в таблицах 3, 4.

Таблица 1 - Факторы и уровни варьирования для процесса формования Table 1 - Factors and levels of variation for the molding process

Уровни варьирования X/lc, мм Х/Ad, мм Х/юн, с-1

Верхний уровень (+) 40,0 14,0 10,5

Основной уровень (0) 30,0 12,0 9,5

Нижний уровень (-) 20,0 10,0 9,0

Интервал варьирования (Е) 10,0 2,0 0,5

Таблица 2 - Матрица планирования эксперимента и результаты опытов Table 2 - Experiment planning matrix and experiment results

Номер опыта Факторы в безразмерной системе координат Факторы в натуральном масштабе Выходной параметр

Xi Х2 Х3 X/lc Х/Ad УА У/Пр yN

1 -1 -1 1 20,0 10,0 10,0 86,0 77,0 42,4

2 1 -1 -1 40,0 10,0 9,0 81,0 76,0 40,5

3 -1 1 -1 20,0 14,0 9,0 86,0 78,0 43,0

4 1 1 1 40,0 14,0 10,0 77,0 84,0 45,8

5 0 -1 -1 20,0 10,0 9,0 73,0 70,0 41,3

6 1 -1 1 40,0 10,0 10,0 81,0 89,0 43,6

7 0 1 1 20,0 14,0 10,0 93,0 77,0 40,9

8 1 1 -1 40,0 14,0 9,0 78,0 79,0 46,7

9 -1,215 0 0 17,85 12,0 9,5 97,0 73,0 42,0

10 +1,215 0 0 42,51 12,0 9,5 91,0 85,0 45,3

11 0 -1,215 0 30,0 9,57 9,5 92,0 78,0 40,2

12 0 +1,215 0 30,0 14,502 9,5 89,0 88,0 40,0

13 0 0 -1,215 30,0 12,0 8,8745 92,0 89,0 39,4

14 0 0 +1,215 30,0 12,0 10,1255 95,0 93,0 38,0

15 0 0 0 30,0 12,0 9,5 96,5 95,0 35,08

Таблица 3 - Регрессионный анализ зависимости У46 = f (X1; X2; XJ ^max Table 3 - Regression analysis of the dependence Y4 6 = f (X1;X2;X3) ^max

Критерий Стандартное отклонение Коэффициент корреляции Коэффициент детерминации F-критерий Значимость F-критерия (Р=0,95)

У4 — max 0,822 0,968 0,96 8,18 0,02

У5 — max 0,811 0,966 0,933 7,69 0,02

У,—> min 6 0,766 0,957 0,916 6,10 0,03

Таблица 4 -Результаты регрессионного анализа Table 4 - Regression analysis results

Критерий ао а1 а2 аз а 12 а 13 а 23 а 11 а 22 а 33 Заключение об адекватности

Fr FT

У4 100,6 -2,52 0,92 2,04 -3,38 -2,63 -0,88 -5,21 -7,60 -5,39 8,18 3,59

У5 92,19 3,77 1,71 2,60 -1,25 1,50 -2 -8,11 -5,43 -0,22 7,69 3,59

Уб 36,97 1,15 0,74 - 1,02 0,40 -0,90 3,97 1,61 0,71 6,10 3,59

На основе проведенной математической обработки экспериментальных данных получены математические модели, характеризующие процесс приготовления гомогенизированно-формованной смеси, которые после отсеивания незначимых коэффициентов имеют вид:

1) в кодированной форме представлены выражениями (1)-(3);

2) в раскодированной форме даны в виде выражений (4)-(6).

9Г = -2513,59 + 9,89г„ + 59,46 • Ad + +440,16 ■ ш - 0,171С ■ Ad - 0,53 • lc ■ ш - (4)

-0,88 ■ Ad-ш- 0,05 I2 - 1,9 Ad2 - 21,57 ш2 -> opt,

ПР = -493,1 + 3,15 • 1С + 54,34 • Ad --0,06 ■ lc ■ Ad + 0,3 • lc ■ ш - 2 ■ Ad ■ ш - (5)

-0,08 • I2 - 1,36 • Ad2 -> max,

Nya = 320,37 - 3,64 ■ lc - 46 ■ ш + +0,05 • г„ • Ad + 0,08 • г„ ■ Ad - 0,9 • Ad ■ ш + (6)

+0,04 • г| + 0,4 ■ Ad2 + 2,86 • ш2 -» min

Адекватность полученных моделей по результатам регрессионного анализа, с вероятностью 0,95, при коэффициентах корреляции Я4=0,968, ^5=0,966 и ^6=0,957 подтверждается неравенством FR>FT (табл. 4).

Достоверность моделей также оценивается по уровню значимости критерия Фишера, который должен быть меньше 0,05. Так как Р4=0,02, Р5=0,02 и Р6=0,03, это означает, что полученные модели значимы.

Степень точности описания моделью этого процесса также характеризует коэффициент детерминации ^2). Поскольку данный коэффициент находится в пределах выше 0,8-0,95 (табл. 3), то можно также говорить о высокой точности аппроксимации (модель хорошо описывает явление).

В таблице 5 приведены области экстремальных значений факторов Х1, Х2 и Х при которых критерии оптимизации У4 стремятся к оптимальному значению.

На основе этих данных выполнена графическая интерпретация полученных зависимостей в виде поверхностей и их сечений (рис. 2-10).

Таблица 5 - Области экстремальных значений Table 5 - Areas of extreme values

Критерий X/lc, мм X/Ad, мм X/rnn, с-1 у46 4-6

У — max 4 0,35/30,0 0,38/12,7 0,58/9,9 96,5/96,4

У5 — max 0,35/30,0 0,29/12,0 1,12/9,7 95,0/95,0

У,—> max 6 0/30,0 0/12,0 0,03/9,5 36,9/36,4

Рисунок 2 - Поверхность отклика У4 = f (Х = 0,35; Х2; XJ ^ max и ее сечения Figure 2 - Response surface У4 = f (X1 = 0,35; X2; XJ ^ max and its sections

■ 75-80 ■ 80-85 ««5-90 «30-95.■ 35-100 ■ 100-105

Рисунок 3 - Поверхность отклика У4 = f (X ; Х2 = 0,38; XJ ^ max и ее сечения Figure 3 - Response surface У4 = f (Х1; Х2 = 0,38; XJ ^ max and its sections

Рисунок 4 - Поверхность отклика У4 = f (Х ; Х2; Х3 = 0,58) ^ max и ее сечения Figure 4 - Response surface У4 = f (Х1; Х2; Х3 = 0,58) ^ max and its sections

Рисунок 5 - Поверхность отклика У5 = f (Х1 = 0,35; Х2; Х3) ^ max и ее сечения Figure 5 - Response surface У5 = f (Х1 = 0,35; Х2; Х3) ^ max and its sections

Рисунок 6 - Поверхность отклика У5 = f (Х ; Х2 = 0,29; Х3) ^ max и ее сечения Figure 6 - Response surface У5 = f (Х1; Х2 = 0,29; Х3) ^ max and its sections

Рисунок 7 - Поверхность отклика У5 = f (X ; X2; X3 = 1,12) ^ max и ее сечения Figure 7 - Response surface У5 = f (X1; X2; X3 = 1,12) ^ max and its sections

Рисунок 8 - Поверхность отклика У6 = f (Х1 = 0; Х2; XJ ^ min и ее сечения Figure 8 - Response surface У6 = f (Х1 = 0; Х2; XJ ^ min and its sections

■ 32-34 ■ Э^Щ^^^а щ^йЯЖАО:« « 42-44

: - 4-i '-"¿vi."!'"i-•i'-'-i*

Рисунок 9 - Поверхность отклика У6 = f (X ; Х2 = 0; XJ ^ min и ее сечения Figure 9 - Response surface У6 = f (Х1; Х2 = 0; XJ ^ min and its sections

Х2

Рисунок 10 - Поверхность отклика У6 = f (Х ; Х2; Х3 = 0,03) ^ min и ее сечения Figure 10 - Response surface У6 = f (Х; Х2; Х3 = 0,03) ^ min and its sections

Заключение. 1. В результате экспериментальных исследований параметров работы прессующе-формующего блока пресса нами построены математические модели, адекватно описывающие процесс получения продукта в прессованном виде.

2. Обоснованы оптимальные значения прессующе-формующего блока пресса как одного из значимого элемента трехблочной структурно-функциональной системы:

угловая скорость ножей - 9,5-9,9 с-1;

толщина стенки цилиндрического брикета -12,0 мм;

длина отверстия матрицы - 30 мм. 3. Показатели качества готового продукта находятся в пределах зоотехнических требований - с влажностью равной 8-10 % и прочностью свыше 95 %. При этом энергоемкость процесса получения формованного углеводно-витаминного продукта составляет 3,64 (Втч)/кг с учетом степени измельчения, которая достигает 8,4.

Список источников

1. Dotsenko S. M., Kryuchkova L. G., Burmaga A. V. Development of technology for the production of multicomponent feed Supplement // International Transaction Journal of Engineering, Management and Applied Sciences and Technologies. 2020. Vol. 11. No. 6. P. 11A06B. DOI: 10.14456/ITJEMAST.2020.102.

2. Доценко С. М., Школьников П. Н., Ковалева Л. А., Школьникова М. А. Обоснование технологических подходов к повышению эффективности системы приготовления кормовых продуктов // АгроЭкоИнфо. 2022. № 2. EDN: CBCCIN.

3. Патент № 2514309/С1 Российская Федерация. Способ приготовления белково-ви-таминного кормового продукта : № 2018114603 : заявл. 16.10.2012 : опубл. 10.10.2014 / Доценко С. М., Воякин С. Н. Бюл. № 28. 6 с.

4. Galler J. Auswertug von Fufferanalysen // Prakt. Landtechn. 1997. Vol. 45. No. 2. P. 21-22.

5. Бурмага А. В., Винокуров С. А. Технология получения продуктов на основе сое-во-растительных композиций // Агропромышленный комплекс: проблемы и перспективы развития : материалы междунар. науч.-практ. конф. Благовещенск : Дальневосточный государственный аграрный университет, 2017. С. 232-234.

6. Воякин С. Н., Щитов С. В., Кузнецов Е. Е. Влияние основных конструктивно-технологических параметров измельчителя-пастоизготовителя на энергоэффективность приготовления кормов // Дальневосточный аграрный вестник. 2021. № 3 (59). С. 72-77. DOI: 10.24412/1999-6837-2021-3-72-77.

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

7. Колесников Д. А., Воякин С. Н., Щитов С. В., Кузнецов Е. Е. Исследования по оптимизации процесса извлечения питательных веществ из кормовых композиций // Дальневосточный аграрный вестник. 2023. Т. 17. № 1. С. 103-110. DOI: 10.22450/19996837 2023 1 103.

8. Колесников Д. А., Воякин С. Н., Щитов С. В., Кузнецов Е. Е. Результаты исследований по обоснованию конструктивно-технологических параметров отжимающе-прессую-щего узла при получении кормового продукта // АгроЭкоИнфо. 2022. № 2. DOI: https://doi. org/10.51419/202122227.

9. Патент № 2770859/С2 Российская Федерация. Способ получения пастообразного продукта : № 2020125223 : заявл. 21.07.2020 : опубл. 22.04.2022 / Доценко С. М., Школьников П. Н., Крючкова Л. Г., Чубенко А. В. Бюл. № 12. 7 с.

10. Доценко С. М., Школьников П. Н., Ковалева Л. А., Школьникова М. А. Обоснование технологических подходов к получению качественных гранулятов на основе бинарных композиций // АгроЭкоИнфо. 2022. № 2. EDN: NNSJZK.

11. Бурмага А. В., Курков Ю. Б., Самуйло В. В., Панова Е. В., Чубенко А. В., Винокуров С. А. Математическая модель оценки качества процесса получения увлажненно-обогащен-ного зернового сырья // АгроЭкоИнфо. 2022. № 4. DOI: https://doi.org/10.51419/202124413.

References

1. Dotsenko S. M., Kryuchkova L. G., Burmaga A. V. Development of technology for the production of multicomponent feed supplement. International Transaction Journal of Engineering, Management and Applied Sciences and Technologies, 2020; 11; 6: 11A06B. DOI: 10.14456/ ITJEMAST.2020.102.

2. Dotsenko S. M., Shkol'nikov P. N., Kovaleva L. A., Shkol'nikova M. A. Obosnovanie tekhnologicheskikh podkhodov k povysheniyu effektivnosti sistemy prigotovleniya kormovykh produktov [Substantiation of technological approaches to improve the efficiency of the feed products preparation system]. AgroEkoInfo, 2022; 2. EDN: CBCCIN (in Russ.).

3. Dotsenko S. M., Voyakin S. N. Sposob prigotovleniya belkovo-vitaminnogo kormovogo produkta [Method for preparing a protein-vitamin feed product]. Patent RF, no. 2514309/C1 patenton.ru 2014 Retreived from https://patenton.ru/patent/RU2530510C2 (Accessed 20 April 2023) (in Russ.).

4. Galler J. Auswertug von Fufferanalysen. Prakt. Landtechn, 1997; 45; 2: 21-22.

5. Burmaga A. V., Vinokurov S. A. Tekhnologiya polucheniya produktov na osnove soevo-rastitel'nykh kompozitsii [Technology for obtaining products based on soy-vegetable compositions]. Proceedings from Agro-industrial complex: problems and prospects of development: Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferenciya - International Scientific and Practical Conference. (PP. 232-234), Blagoveshchensk, Dal'nevostochnyj gosudarstvennyj agrarnyj universitet, 2017 (in Russ.).

6. Voyakin S. V., Shchitov S. V., Kuznetsov E. E. Vliyanie osnovnykh konstruktivno-tekhnologicheskikh parametrov izmel'chitelya-pastoizgotovitelya na energoeffektivnost' prigotovleniya kormov [Influence of basic constructive and technological parameters of the shredder-mix producer on energy efficiency of feed preparation]. Dal'nevostochnyi agrarnyi vestnik. - Far Eastern Agrarian Bulletin, 2021; 3 (59): 72-77. DOI: 10.24412/1999-6837-20213-72-77 (in Russ.).

7. Kolesnikov D. A., Voyakin S. N., Shchitov S. V., Kuznetsov E. E. Issledovaniya po optimizatsii protsessa izvlecheniya pitatel'nykh veshchestv iz kormovykh kompozitsii [Research on the optimization of the process of extracting nutrients from feed compositions]. Dal'nevostochnyi agrarnyi vestnik. - Far Eastern Agrarian Bulletin, 2023; 17; 1: 103-110. DOI: 10.22450/19996837_2023_1_103 (in Russ.).

8. Kolesnikov D. A., Voyakin S. N., Shchitov S. V., Kuznetsov E. E. Rezul'taty issledovanii po obosnovaniyu konstruktivno-tekhnologicheskikh parametrov otzhimayushche-pressuyushchego uzla pri poluchenii kormovogo produkta [The results of research on the substantiation ofthe design and technological parameters of the squeezing-pressing unit when receiving a feed product]. AgroEkoInfo, 2022; 2 DOI: https://doi.org/10.51419/202122227 (in Russ.).

9. Dotsenko S. M., Shkol'nikov P. N., Kryuchkova L. G., Chubenko A. V. Sposob polucheniya pastoobraznogo produkta [Method for obtaining a pasty product]. Patent RF, no. 2770859/С2 yandex.ru/patents 2022 Retrieved from https://yandex.ru/patents/doc/RU2770859C2_20220422 (Accessed 20 April 2023) (in Russ.).

10. Dotsenko S. M., Shkol'nikov P. N., Kovaleva L. A., Shkol'nikova M. A. Obosnovanie tekhnologicheskikh podkhodov k polucheniyu kachestvennykh granulyatov na osnove binarnykh

kompozitsii [Substantiation of technological approaches to obtaining high-quality granulates based on binary compositions]. AgroEkolnfo, 2О22; 2. EDN: NNSJZK (in Russ.).

11. Burmaga A. V., Kurkov Yu. B., Samuilo V. V., Panova E. V., Chubenko A. V., Vinokurov S. A. Matematicheskaya model' otsenki kachestva protsessa polucheniya uvlazhnenno-obogashchennogo zernovogo syr'ya [Mathematical model for assessing the quality of the process of obtaining moistened-enriched grain raw materials]. AgroEkolnfo, 2О22; 4. DOI: https://doi. org/10.51419/202124413 (in Russ.).

Статья поступила в редакцию О7.О8.2О23; одобрена после рецензирования 3О.О8.2О23; принята к публикации О7.О9.2О23.

The article was submitted О7.О8.2О23; approved after reviewing 3О.О8.2О23; accepted for publication О7.О9.2О23.

Информация об авторах

Бурмага Андрей Владимирович, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой транспортно-энергетических средств и механизации АПК, Дальневосточный государственный аграрный университет, burmaga@mail.ru; Чубенко Александр Викторович, аспирант, Дальневосточный государственный аграрный университет;

Самуйло Виктор Вацлавович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой эксплуатации и ремонта транспортно-технологических машин и комплексов, Дальневосточный государственный аграрный университет;

Курков Юрий Борисович, доктор технических наук, профессор кафедры тех-носферной безопасности и природообустройства, Дальневосточный государственный аграрный университет;

Винокуров Сергей Александрович, преподаватель кафедры бронетанкового вооружения и техники, Дальневосточное высшее общевойсковое командное училище имени Маршала Советского Союза К. К. Рокоссовского, sergeivinokurov1978@mail.ru

Information about authors

Andrei V. Burmaga, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Transport and Energy Facilities and Mechanization of Agriculture, Far Eastern State Agrarian University, burmaga@mail.ru;

Aleksandr V. Chubenko, Postgraduate Student, Far Eastern State Agrarian University;

Viktor V. Samuilo, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Operation and Repair of Transport and Technological Machines and Complexes, Far Eastern State Agrarian University;

Yurii B. Kurkov, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Technosphere Safety and Environmental Management, Far Eastern State Agrarian University;

Sergei A. Vinokurov, Lecturer of the Department of Armored Weapons and Equipment, Far Eastern Higher Combined Arms Command School named after Marshal of the Soviet Union K. K. Rokossovsky, sergeivinokurov1978@mail.ru

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.

Justification of the parameters of the pressing-forming block of the press for obtaining root crops-grain granules

Текст научной работы на тему «Обоснование параметров прессующе-формующего блока пресса для получения корнеплодно-зерновых гранул»