CC BY
7
2. Aldoshin, N.V. Uborka smeshannykh posevov zernovykh kul'tur metodom ochesa (Mixed Cereals Harvesting with Combing (Stripping) Method), N.V. Aldoshin, A.A. Zolotov, A.S. Tsygutkin, N.A. Lylin, Malla Bakhaa, Vestnik FGOU,. VPO Moskovskii gosudarstvennyi agroinzhenernyi universitet imeni V.P. Goryachkina, No1(71),2016, PP.7-13, ISSN 1728-7936.
3. Aldoshin, N.V. Uborka binarnykh posevov zernovykh kul'tur (Binary Cereals Harvesting), N.V. Aldoshin [i dr.], Vestnik FGOU VPO Moskovskii gosudarstvennyi agroinzhenernyi universitet imeni V.P. Goryachkina, No 3(73), 2016, PP.11-17,ISSN 1728-7936.
4. Aldoshin, N. Methods of harvesting of mixed crops / N. Aldoshin, Proceeding of 6th International Conference on Trends in Agricultural Engineering 2016, Part 1. Czech University of Life Sciences Prague - Faculty of Engineering, PP. 26-32, ISBN 978-80-213-2649-1.
5. Patent na poleznuyu model' №164619 opubl. 10.09.2016. Byul. №25. Ochesyvayushchii baraban (Useful Model Patent №164619 Published on 10.09.2016. Bulletin №25. Stripping Cylinder), V.M. Lu-komets, N.V. Aldoshin, A.A. Zolotov, A.S. Tsygutkin, M.A. Mosyakov, N.A. Lylin, N.A. Alad'ev, A.M. Voronov.
6. Aldoshin, N.V. Ochesyvayushchaya zhatka «Ozon» na uborke smeshannykh posevov ("Ozone" Stripping Harvester Used in Mixed Crops Harvesting), Osnovnye napravleniya razvitiya tekhniki i tekhnologii v APK: materialy i doklady VII Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Knyaginino, NGIEU, 2016, PP. 130-135.
7. Aldoshin, N.V. Issledovanie tekhnologicheskikh protsessov v rastenievodstve pri pomoshchi sto-khasticheskikh matrits (Investigation on Technological Processes in Crop Production with the Help of Stochastic Matrixes),
Tekhnika v sel'skom khozyaistve, No 3, 2007, PP. 45-47.
8. Aldoshin, N.V. Stabil'nost' tekhnologicheskikh protsessov v rastenievodstve (Stability of Technological Processes in Crop Production), Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaistva, 2007, No 3, PP. 5-7.
9. Aldoshin, N.V. Analiz tekhnologicheskikh protsessov v rastenievodstve (Analysis of Technological Processes in Crop Production), Tekhnika v sel'skom khozyaistve, No 1, 2008, PP. 34-36.
10. Aldoshin, N.V., Didmanidze, R.N. Inzhenerno-tekhnicheskoe obespechenie kachestva mekhan-izirovannykh rabot: Monografiya (Technical Support for High Quality of Mechanized Operations: Monograph), M., Izdatel'stvo RGAU-MSKhA, 2015, 188 p., ISBN 978-5-9675-1313-8.
11. Aldoshin, N.V., Didmanidze, R.N. Vybor strategii kachestvennogo vypolneniya mekhaniziro-vannykh rabot (Strategy Selection for High-Quality Performance of Mechanized Operations), Mezhdu-narodnyi tekhniko-ekonomicheskii zhurnal, 2013, No 5, PP. 67-70, ISSN 1995-4646
УДК 631.363 ГРНТИ 68.85
Маркин Д.А., аспирант; Доценко С.М., д-р техн. наук, профессор; Вараксин С.В., канд. техн. наук, доцент; Гончарук О.В., канд. техн. наук, доцент;
Дальневосточный государственный аграрный университет, г. Благовещенск Е-шаИ: [email protected]
ОБОСНОВАНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ИЗМЕЛЬЧАЮЩЕ-ЭКСТРАКЦИОННОГО АППАРАТА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МАШИНЫ
Полноценное кормление - один из основных способов повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы, увеличения производства животноводческой продукции при одновременном снижении затрат на ее производство. Одним из способов полноценного кормления животных и птицы является введение в их рационы высокобелковых продуктов. Одним из таких продуктов является соевый белок. В данной статье представлены результаты по нахождению оптимальных параметров из-мельчающе-экстракционного аппарата (ИЭА) истирающего типа, для переработки соевых композиций (соево-зерновые, соево-морковные и т.д.) в кормовые продукты в
виде заменителя цельного молока (ЗЦМ), такие как: зазор между истирающими дисками, угловая скорость вращения активного (нижнего) диска и плотность размещения металлического ворса. В результате исследования были выведены зависимости, характеризующие зазор между истирающими поверхностями, степень измельчения, пропускную способность ИЭА. В ходе проведения эксперимента были определены уровни варьирования и после математической обработки экспериментальных данных получили математические модели. К тому же обоснованы оптимальные значения многофункционального устройства (МФУ).
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: БЕЛОК, ГРАНУЛЯТ, ИЗМЕЛЬЧАЮЩЕ-ЭКСТРАКЦИОННЫЙ АППАРАТ, ЗАМЕНИТЕЛЬ ЦЕЛЬНОГО МОЛОКА, МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
UDC 631.363
Markin D.A., Postgraduate;
Dotsenko S.M., Dr Tech.Sci., Professor;
Varaksin S.V., Cand.Tech.Sci., Associate Professor;
Goncharuk O.V., Cand.Tech.Sci., Associate Professor,
Far Eastern State Agricultural University, Blagoveshchensk
E-mail: armahem21 @mail.ru
THE EXPLANATION OF CARRYING CAPACITY OF THECUT-EXTRACTION DEVICE OF THE MULTIFUNCTION MACHINE
Biologically valuable food supply and simultaneous reduction of the production price is one of the main methods to increase the productivity of farm animals and birds and production of livestock products. One of the methods of wholesome feeding of animals and birds is the introduction of high-protein products into their diets. One of such products is soy protein. This article presents the results of the research carried out into optimal parameters of the shred-extraction device (SED) of the abrading type, usedfor processing soy compositions (soy and grain, soy and carrot, etc.) and converting them into feeding products such as whole milk substitute (WMS). The parameters in question: abrasive disk clearance, the angular speed of rotation of an active (lower) disk and metal pile spacing density. As the result of the research we have found appropriate dependencies characterizing abrasive surface clearance, reduction range, capacity of the shred-extraction device. During the experiment levels of a variation have been determined and after mathematical processing of experimental data mathematical models have been found. Besides, the optimal parameters of multifunction device (MFD) have been substantiated.
KEYWORDS: PROTEIN, GRANULATED MATERIAL, SHRED-EXTRACTION DEVICE, WHOLE MILK SUBSTITUTE, MULTIFUNCTION DEVICE.
Введение. В настоящее время дефицит белка и витаминов в рационах кормления животных составляет более 50%, несмотря на то, что в качестве кормовых ресурсов для животноводства могут быть использованы соя, семена зерновых культур, морковь и т.д. [1]. При этом повысить кормовую и
биологическую ценность рационов кормления молодняка сельскохозяйственных животных и птицы, а также технико-экономическую эффективность их приготовления возможно путем использования соево-зер-новых или соево-морковных композиций. На основе обработки и переработки таких
композиций могут быть получены кормовые продукты в виде заменителей цельного молока (ЗЦМ), а также белково-витамин-ные добавки в виде гранулятов [2].
Однако на сегодняшний день отсутствуют технические средства для реализации имеющихся способов получения ЗЦМ и т.д., в связи с чем исследования в данном направлении являются актуальными.
Цель исследований. Определение пропускной способности измельчающе-экстракционного аппарата (ИЭА) путем теоретического и экспериментального обоснования конструктивно-режимных параметров его работы в режиме истирающего действия.
Задачи исследований:
- теоретическим путем установить аналитические зависимости, характеризующие процесс работы ИЭА в режиме истирающего действия;
- обоснование оптимальных значений параметров ИЭА на основе полученных математических моделей оценки процесса;
Согласно расчетной схеме, приведенной на рисунке 1, основными параметрами, влияющими на пропускную способность (производительность) устройства, являются, в первую очередь, зазор между истирающими дисками - s, угловая скорость вращения активного (нижнего) диска - ю, а также плотность размещения металлического ворса - F (шт/см2).
Для получения аналитической зависимости, характеризующей зазор между истирающими поверхностями «щеточного» измельчающе-экстракционного аппарата, составим уравнение баланса с учетом равенства объемов измельчаемых частиц в пульпе до и после измельчения: 4
" " (1)
п • d3 b32i = ^ э
6
где agi, bgi -размер полуосей замоченного соевого зерна;
X - степень измельчения соевого зерна; d, - эквивалентный диаметр частицы, полученный в результате измельчения.
Рис. 1. Схема к расчету параметров устройства
Решение равенства (1) относительно степени измельчения X дает следующее уравнение:
À =
8 • agi • b2i
d3 '
(2)
Решая уравнение (3) относительно конечного размера измельченных частиц, имеем, что:
8a.i • b2
(3)
d3 =
À
или
(4)
Массовый расход измельчающе-экс-тракционного аппарата составляет:
Qиэ = Vд • р- П, (5)
где Уд - объем соево-корнеплодного материала, распределенного в ИЭА на участке длиной ДRд согласно рисунку 2; р - плотность композиции в камере ИЭА; п - частота вращения нижнего диска.
На рисунке 2 представлена расчетная схема ИЭА.
Объем кольца треугольного сечения, с высотой треугольника, равной
с ^д-Ь),
где с - коэффициент пропорциональности равен:
У = 2л • • К
где Яо - расстояние от оси вращения диска до центра тяжести треугольного сечения кольцевой фигуры;
^ - площадь поперечного сечения кольцевой фигуры;
Рис. 2. Схема к расчету параметров ИЭА
Данный коэффициент связан с размером кольца, образованного водно-продуктовым слоем - Ссл и может быть определен по следующей формуле:
Яизм = Л" • <сл • Рп • А/Г С11)
где рп - плотность пульпы;
- массовая доля частиц продукта в объеме водно-продуктового слоя. Подставляя значения Rизм из формулы (11) в формулу (10), получаем, что
(6)
При этом:
Rо = Rт + с(Яд -Ь)/3,
и
(7)
^ = с^д-Ь>Нк, (8)
где Ь - ширина кольца на основе металлического ворса;
Нк - высота камеры ИЭА. Подставив выражения для определения Уд, Rо и ^ в равенство (6) получим, что
с(Яд - Ь)!
Qиэ = ■
3
х
х с(Яд - Ь) ■ Нк, (9)
С другой стороны, пропускная способность ИЭА определяется как
О = 2П • Я • R • s
(10)
где Яизм - коэффициент пропорциональности, характеризующий выход готового продукта с единицы площади междискового пространства размером равным - 8 [находится в пределах 2-3 кг/(см2].
°иэ = • (сл • Рп • ^ц х
хя,
м
8а„
■Ь2-
л
/Т,
(12)
где Т - время работы ИЭА.
Кратность циркуляции пульпы в камере измельчающе-экстракционного аппарата массой, равной Мц зависит от времени ее движения и пути, равного 8=Тисл, где исл - скорость движения пульпы.
Тогда имеем, что
Т • уг
К =
2л-- Я
д
или
или
М • уг
Кр 2л •Ои
Ял
КР =
0,16 • Мц • ис
2^ • Оиэ • Яд
(13)
(14)
(15)
Масса пульпы, циркулирующей в междисковом зазоре составляет
Мц = 2п2 • ^сл • Рп х
3
х вц •
8ач1 • Ь2
А
(16)
Соответственно высота слоя циркулирующей пульпы составит Мц
^сл =-ц-¡=, (17)
2п2 • рп • вц • Яд
8ая1-Ь
з1Ьз1
Л
или
^сл
0,05М
ц
8аз1-Ь:
Рп •вц • ^НН)
¿1)0,33
(18)
цдЛ
С другой стороны представим массу пульпы как Мц = Усл • Рп = 2П • Яд • ^сл • s • Рп, (19) Приравняв правые части уравнений (16) и (19) и решив полученное равенство относительно параметра имеем, что
£ц =
п
8аз1-Ь
(20)
з1Ьз1
Л
При установлении зависимостиУф 6=^=Г(ю; а; Д)^шт, в качестве управляемых факторов приняты: ю- угловая скорость вращения нижнего диска, имеющая размерность - с-1; а- угол наклона образующей стенки конуса к вертикали, имеющая размерность - град.; Д - зазор между дисками, имеющая размерность - мм.
В качестве критериев оптимизации процесса принята
В результате поисковых опытов определены уровни варьирования указанными факторами.
В таблице 1 представлены факторы процесса и уровни их варьирования. В таблице 2 представлена матрица планирования трехфакторного эксперимента и его результаты по 15 опытам. После реализации эксперимента по матрице планирования и получения данных проведена их обработка (табл. 3 и 4).
Таблица 1
Факторы и уровни варьирования для процесса
2
5
2
Уровни Факторы
Х1 / ю, с-1 Х2 / а, град. Х3 / Д,мм.
Верхний уровень (+) 180,0 50,0 3,0
Основной уровень (о) 140,0 45,0 2,0
Нижний уровень (-) 100,0 40,0 1,0
Интервал варьирования (Е) 40,0 5,0 1,0
Таблица 2
Матрица планирования эксперимента и результаты опытов
Факторы в безразмерной системе координат Факторы в натуральном масштабе Выходной параметр
Х1 Х2 Хз Х: / ю Х2 / а Х3 / Д У4 У5 У6
1 2 3 4 5 6 7 8 9
-1 -1 1 100,0 40,0 3,0 67,0 66,0 65,0
1 -1 -1 180,0 40,0 1,0 68,0 67,0 67,0
-1 1 -1 100,0 50,0 1,0 60,0 61,0 60,0
1 1 1 180,0 50,0 3,0 59,0 61,0 59,0
-1 -1 -1 100,0 40,0 1,0, 63,0 65,0 64,0
1 -1 1 180,0 40,0 3,0 60,0 62,0 61,0
-1 1 1 100,0 50,0 3,0 68,0 67,0 62,0
1 1 -1 180,0 50,0 1,0 64,0 63,0 63,0
-1,215 0 0 91,4 45,0 2,0 58,0 58,0 58,0
+1,215 0 0 190,04 45,0 2,0 59,0 57,0 57,0
0 -1,215 0 140,0 38,925 2,0 69,0 66,0 61,0
0 +1,215 0 140,0 51,255 2,0 61,0 59,0 58,0
0 0 -1,215 140,0 45,0 0,749 47,0 47,0 46,0
0 0 +1,215 140,0 45,0 3,251 51,0 52,0 51,0
0 0 0 140,0 45,0 2,0 49,0 50,0 50,0
Таблица 3
Регрессионный анализ зависимости Y4-6=f(X1,X2,X3)^min
Критерий Стандартное отклонение R-корреляции Коэффициент детерминации R2 F-критерий Значимость F-критерия (р)
Y4^min 2,384 0,978 0,957 12,351 0,006
Ys^min 2,027 0,981 0,963 14,506 0,004
Y6^min 2,130 0,976 0,953 11,158 0,008
Таблица 4
Результаты регрессионного анализа
Крите- а0 а: а2 аэ а12 а13 а23 аи а22 а33 Заключение об адекватности
Fr Ft
Y4 50,26 -0,57 -1,62 - - -3,12 0,87 5,18 9,40 1,06 12,35 3,59
Y5 49,38 -0,71 -1,60 0,56 - -1,75 1,0 5,52 8,78 - 14,51 3,59
Y6 48,64 -0,26 -1,59 - - -1,62 0,37 6,13 7,47 - 11,16 3,59
W6 = 744,28 -1,02 • ю - 27,45 • а -- 0,04-ю-Д + 0,07 •а^ А +
+ 0,004-ю2 + 0,3•а2 ^min
Адекватность полученных моделей, по результатам регрессионного анализа, с вероятностью Р=0,95, при коэффициентах корреляции R4= 0,978, R5=0,981 и R,=0,976 подтверждается неравенством Fr>Ft (табл. 4). Достоверность моделей оценивается по уровню значимости критерия Фишера, который должен быть меньше, 0,05, то есть р4= 0,006, р5= 0,004 и рб= 0,008означают, что полученные модели значимы. Степень точности описания моделью процесса характеризует коэффициент детерминации (R2), поскольку R24-6 находится в пределах больших чем 0,8-0,95 (табл. 3), то можно говорить о высокой точности аппроксимации (модель хорошо описывает явление). В таблице 5 приведены области экстремальных значений факторов X1, X2И Х3, при которых критерии оптимизации Y4-6 стремятся к минимальному значению.
Таблица 5
Области экстремальных значений
Критерий Х1 / ю Х2 / а Х3 / А Y4-6/ W4-6
Y—min 0,72/ 113,3 0,31 / 46,2 1,21 / 0 49,0 / 37,5
Y5—> min 0,06 / 140,0 0,09/45,9 0/ 0 49,3/ 45,7
Y6— min 0,53/ 127,3 0,39 / 45,8 1,06 / 0,71 49,9 / 49,9
На основе проведенной математической обработки экспериментальных данных получены следующие математические модели:
- в кодированном виде:
Y5 = 49,38 - 0,71 • X1 -1,6 • X2 + 0,56 • X3 -
-1,75 • Х1 • X3 +1,0 • Х2 • Х3 + + 5,52 • Х2 + 8,78 • X2 ^ min;
Y6 = 48,64 - 0,26 • X1 -1,59 • X2 --1,62 • Х1 • X3 + 0,37 • Х2 • Х3 +
+ 6,13 • Х2 + 7,47 • X2 ^ min
- в раскодированном виде:
W4 = 868,66 - 0,68 • ю - 34,25 • а + + 7,65 •А-0,08 •ю • А + 0,17 ^A +
+ 0,003• ю2 + 0,37•а2 -1,06•А2 ^min;
W5 = 842,36 - 0,84 • ю - 32,14 • а -
- 0,04 •ю^ А + 0,2 •а^А +
+ 0,003•ю2 + 0,35•а2 -1,06•А2 ^min;
На основе этих данных проведена графическая интерпретация полученных зависимостей в виде поверхностей и их сечений (рис. 3-5).
Х2
□ 60-70
□ 50-60 40-50
□ 30-40
□ 20-30
□ 10-20 0-10
Х3
Х2
Х3
Рис.З.Поверхность отклика Y4=f(Xl=0,72;X2;Xз)^min и ее сечения
□ 50-60 40-50
□ 30-40
□ 20-30
□ 10-20 0-10
Х1
Х3
Х3
Рис.4.Поверхность отклика Y4=f(Xl;X2=0,31;Xз)^min и ее сечения
□ 60-70
□ 50-60 40-50
□ 30-40
□ 20-30
□ 10-20 Х2 0-10
□ 50-60 40-50
□ 30-40
□ 20-30
□ 10-20 0-10
Х1
Х1
Х2
□ 60-70
□ 50-60 40-50
□ 30-40
□ 20-30
□ 10-20 0-10
Рис.5.Поверхность отклика Y4=f(Xl;X2;Xз=1,21)^min и ее сечения
Заключение. В результате исследований теоретически установлены зависимости, характеризующие рабочий процесс из-мельчающе-экстракционного аппарата (ИЭА) истирающего типа, являющегося составной частью многофункциональной
машины (МФУ) по приготовлению инновационных кормовых продуктов на основе соево-морковных композиций. Экспериментальным путем обоснованы оптимальные значения параметров МФУ. Полученные данные могут быть использованы при создании предложенной машины.
Список литературы
1. Вараксин, С.В. Механико-технологические основы повышения эффективности приготовления кормовых продуктов с использованием соево-зерновых смесей / С.В. Вараксин [и др.]. Монография. - Благовещенск, изд-во ДальГАУ, 2014. - 291 с.
2. Комбикорма, кормовые добавки и ЗЦМ для животных: справочник / Под редакцией Крохи-ной В.А - М.: Агропромиздат, 1990, - 304 с.
Reference
1. Varaksin, S.V. Mekhaniko-tekhnologicheskie osnovy povysheniya effektivnosti prigotovleniya kormovykh produktov s ispol'zovaniem soevo-zernovykh smesei (Mechanic and Technologic Bases for Enhancing Efficiency of Feed Products Manufacturing with the Use of Soy and Grain Mixtures), S.V. Varaksin [i dr.], monografiya, Blagoveshchensk, izd-vo Dal'GAU, 2014, 291 p.
2. Kombikorma, kormovye dobavki i ZTsM dlya zhivotnykh: spravochnik (Mixed Feed, Feed Additives and WMS for Animals: manual), pod redaktsiei Krokhinoi V.A. M.: Agropromizdat, 1990, 304 p.
УДК 631.363: 636.085.55 ГРНТИ 68.85.39
Федоренко И.Я., д-р техн. наук, профессор; Садов В.В., канд. техн. наук, доцент,
Алтайский государственный аграрный университет, г. Барнаул, E-mail: [email protected], [email protected].
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫЙ ВЫБОР КОМПЛЕКТА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА КОМБИКОРМОВ
Приготовление комбикормов в хозяйствах осуществляется в комбикормовых цехах, что позволяет снизить себестоимость комбикорма за счет использования собственного зернофуража. Однако возникают трудности с подбором необходимого оборудования для приготовления комбикорма. Этой проблеме и посвящена статья, на основе многокритериального выбора предложена методика подбора комплекта оборудования. Суть заключается в том, что каждая машина оценивается частными критериями и в зависимости от того, стремится критерий к максимуму или минимуму, и определяется функция у. Далее применяется метод линейной (аддитивной) свертки критериев на основе весовых коэффициентов частных критериев. В этом методе целевая функция образуется путем сложения нормированных значений частных критериев с некоторым весом, определяющим важность каждого критерия. Разработанный алгоритм позволил в MS Excel произвести расчеты различных комплектов цехов. На основе этого был выбран вариант цеха с максимальной целевой функцией. Им оказался комплект, включающий в себя: наклонный шнек для загрузки исходных компонентов, вертикальная молотковая дробилка, вибрационный дозатор для загрузки готовых компонентов и лопастной смеситель периодического действия.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОПЕРАЦИЯ, КРИТЕРИИ ОПТИМАЛЬНОСТИ, КОМБИКОРМОВЫЙ ЦЕХ, СВЕРТКА КРИТЕРИЕВ, МЕТОД АДАПТИРУЮЩИХСЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВАЖНОСТИ КРИТЕРИЕВ.
