ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СМЕСИТЕЛЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИМИ ИССЛЕДОВАНИЯМИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ШНЕКА С МАТЕРИАЛОМ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.363.7 DOI 10.51794/27132064-2021-1-76

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СМЕСИТЕЛЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИМИ ИССЛЕДОВАНИЯМИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ШНЕКА

С МАТЕРИАЛОМ

П.А. Савиных, доктор технических наук, профессор А.В. Алешкин, доктор технических наук, профессор Н.В. Турубанов, кандидат технических наук, доцент Д.А. Зырянов, младший научный сотрудник

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого E-mail: niish-sv@mail.ru

Аннотация. Приведены исследования влияния взаимодействия винтовой поверхности шнека с материалом на величину энергии, потребляемой двигателем смесителя. Проведенные теоретические исследования учитывают физико-механические характеристики различных материалов, используемых в качестве компонентов комбикормов, и конструктивные параметры комбинированного ленточного шнека. При определении потребляемой энергии учитывали энергию, затрачиваемую на придание смешиваемому материалу скорости от ноля до номинального значения, трение материала о материал и трение материала о стальную поверхность шнека с учетом высоты загрузки камеры смешивания. По выполненным теоретическим расчетам построены двумерные сечения, позволяющие проанализировать величину потребляемой энергии каждым ленточным шнеком. Исследования направлены на повышение эффективности смешивания кормов в горизонтальном ленточном смесителе. На основании проведенных исследований выбраны наиболее рациональные диапазоны величин технологических и конструктивных параметров смесителя: частота вращения вала комбинированного шнека не должна превышать 2,62 рад/с; шаг среднего шнека должен составлять от 0,4 до 0,6 м при ширине ленты от 30 до 50 мм; оптимальная загрузка смесителя должна находиться в пределах 55-75%. Проведенные экспериментальные исследования позволяют оценить достоверность теоретических расчетов. Коэффициент вариации при загрузке бункера смесителя на 75% составляет 6,3%, что свидетельствует о сходимости теоретических расчетов с результатами экспериментальных исследований.

Ключевые слова: комбикорма, теоретические исследования, затрачиваемая мощность, приготовление кормов, компоненты смеси.

Введение. Для повышения эффективности производства животноводческой продукции необходимо использовать сбалансированные по пищевой ценности корма. Основной операцией при приготовлении сбалансированных кормов является качественное смешивание компонентов [1]. На сегодняшний день существуют два основных направления приготовления комбикормов: на крупных комбикормовых заводах и непосредственно в хозяйствах. Основным преимуществом приготовления кормов непосредственно в хозяйстве является то, что учитываются все особенности кормовой базы в домашнем регионе. При проектировании смесителей большая роль отводится теоретическим ис-

следованиям взаимодействия смешиваемых компонентов с поверхностью рабочих органов и камерой смешивания. Также необходимо учитывать взаимодействие самих компонентов друг с другом, количество материала в камере смешивания, частоту вращения рабочих органов, крупность частиц и т. д. [2]. Таким образом, теоретические исследования влияния конструктивных и технологических параметров на потребляемую мощность при смешивании различных компонентов кормов являются достаточно сложной задачей ввиду множества влияющих на процесс факторов. Следовательно, при проведении расчетов возникает необходимость использовать ряд допущений.

На сегодняшний день существует много исследований по взаимодействию частиц материала с рабочими органами смесителей, но все они недостаточно полно отражают происходящие процессы в камере смешивания, поэтому приведенные теоретические исследования являются актуальными.

Целью проводимой работы является определение рациональных параметров смесителя теоретическими исследованиями взаимодействия винтовой поверхности шнека с материалом.

Методика. При проведении теоретических расчетов использовались методы аналитической механики. Для проведения расчетов принимаем: удельный вес зерновой смеси у = 0,75 т/м3 [3]; диаметр внешнего шнека = 1,0 м; диаметр среднего шнека Бг = 0,75 м; диаметр внутреннего шнека Бз = 0,4 м; частота вращения вала шнека п = 21,5 мин-1 [4]. Шаг шнека внешнего И = 0,3 м, среднего И = 0,4 м, внутреннего И = 0,24 м. Коэффициент трения материала при движении о сталь принимаем равным / = 0,4, коэффициент внутреннего трения материала при движении /1 = 0,37 [5]. Количество контрольного компонента 12% [4].

Экспериментальная база. Исследования проведены на базе ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока в лаборатории механизации животноводства и направлены на повышение эффективности смешивания кормов в горизонтальном ленточном смесителе.

Ход исследования. Рассмотрим вращение винтовой поверхности вокруг ее оси в горизонтальном смесителе сыпучих материалов, используя теорему об изменении кинетического момента [6]:

1^ = мук + ииМ(рР + РтксрР), (1) где I - момент инерции вала смесителя вместе с винтовой поверхностью и перемещаемым в переносном движении материалом; ш - угловая скорость вала; Мун - вращающий момент со стороны привода, приложенный к валу; ЫМф - нормальная реакция материала, действующая на элементарную площадку винтовой поверхности в проекции на направление ее движения, то есть на цилиндри-

ческую ось р; - сила трения материала, приложенная к элементарной площадке винтовой поверхности в проекции на ось р; р -радиус в цилиндрических координатах элементарной площадки поверхности, который является плечом составляющих сил вдоль направления р (рис. 1).

На рисунке 1а представлена схема взаимодействия винтовой поверхности с материалом в смесителе, показывающая расположение осей координат, направления сил и положение рассматриваемой элементарной площадки. На рисунке 1б изображена элементарная площадка с действующими силами и направлениями векторов скоростей.

а)

"в б)

Рис. 1. Схема к расчету: а) оси координат и силы; б) элементарная площадка

При рассмотрении воздействия смешиваемого материала и поверхности шнека сделаем следующее допущение. Допустим, что сила трения возникает между элементарным объемом материала и элементарной площадкой поверхности винта шнека, а между элементарными объемами материала силы трения малы.

Момент, необходимый для вращения вала Мм<рр + РТЕ(рр = —Ла — кТКЛр

(10)

смесителя с постоянной угловой скоростью

(— = 0), без учета трения в подшипниках, с

учетом выражения (1) можно определить по формуле:

Щк = — К^мсрР + ^тпсрР) (2)

Нормальная реакция Ым направлена перпендикулярно к винтовой поверхности (по градиенту). В цилиндрических координатах уравнение винтовой поверхности запишется следующим образом:

f(р, <,г) = г — а< = 0 (3)

По цилиндрическим орт векторам (г, р, к) вектор-градиент к поверхности f(р,<p,z) имеет следующие составляющие:

дгаЛ(0=%г+^р+я£к (4)

После определения частных производных векторная форма градиента к поверхности f(р, <, г) будет записана:

дгай^) = + 1 •к (5)

Модуль градиента определится из выражения:

\дгай(/)\=^(^) +1 (6)

На оси цилиндрических координат сила 1Мм раскладывается на составляющие: МмР = 0;

'Мм<р = —Л~р; (7)

Ммг = Л >

где Л - неопределенный множитель Ла-гранжа.

По закону Кулона сила трения РТК пропорциональна силе нормального давления ММм с коэффициентом кТК:

1^1 = ктяШ = ктяЛ^(^)2 + 1 (8)

Вектор силы трения РТК направлен по направлению относительной скорости.

Направление силы трения РТК противоположно направлению относительной скорости в движении по винтовой поверхности рг:

рТК = кТКШ^ (9)

Определив проекции сил, входящих в уравнение (2), запишем:

Л =

Множитель Л определим из соотношения:

Ж, (11)

Рассмотрим изменение количества движения некоторого объема материала, взаимодействующего с площадкой йБ за время Для расчетов запишем теорему в проекции на вектор-градиент к поверхности (рис. 2).

Рис. 2. Схема взаимодействия материала и винтовой поверхности: 1 - поток разгоняемого материала; 2 - горизонтальный слой; 3 - шнек

На рисунке 2 изображена схема взаимодействия потока разгоняемого материала 1, находящегося в контакте с элементарной площадкой поверхности винта йБ и горизонтального слоя 2, в форме косого цилиндра с основанием йБ и высотой, равной ^-шагу винта (уравновешенные силы тяжести и ответные реакции не показаны). При составлении уравнения учтем, что на рассматриваемый фрагмент материала кроме винтовой поверхности шнека действуют силы со стороны соседних фрагментов. Эти силы сгруппируем в две составляющие: - сила от давления вышележащих слоев материала и Ыс - сила нормального давления, получаемая от сопротивления горизонтальному перемещению части материала, заключенной между витками винта шнека и площадкой йБ:

Qn — Qno = — £ + £Мр + £Мс, (12)

где Qn - количество движения, приобретаемое материалом в проекции на направление градиента; Qn0 - начальное количество движения материала в проекции на направление градиента, Qn0 = 0, так как материал находился в покое.

Сила NP действует, как сила статического давления с допущением равенства по всем направлениям аналогично закону Паскаля для жидкостей, но при условии, что нет давления с тыльной стороны винтовой поверхности:

NP = у • д(Рк1 — D — р • sin (p)dS, (13) где рк1 - максимальный радиус внешнего шнека смесителя; D - высота по вертикали незаполненного объема смесителя D = рк1 (1 — sin(p0); у - насыпная плотность материала; д - ускорение свободного падения; I - высота вышележащих слоев над элементарной площадкой (рис. 3); у - вертикальная декартова координата, отсчитываемая от оси винта.

На рисунке 3 изображена схема заполнения смесителя и толщина слоя материала I до расположения элементарной площадки винтовой поверхности dS.

по оси у. Обозначим глубину расположения слоя через I:

1 = (рк1-0-у) (15)

Тогда средняя глубина расположения слоя материала 1ср определится из выражения:

ср

_ ОС (Ры-D-dp)dg> S^a^Jä^dpM

(16)

Рис. 3. Схема к определению заполнения смесителя

Общая сила трения, возникающая от перемещения материала вдоль оси г, определится по формуле:

I рс = Яф д^усоБ (дгсиК/^) • к • ксаБ (14)

Примем следующее допущение о том, что рассматриваемая сила трения пропорциональна высоте расположения слоя материала

Определим соотношение между силами Рс и , исходя из условия равномерного перемещения материала вдоль оси г:

^с = 9 • V • к • кс р-^•йБ (17)

'ср

При взаимодействии материала и винта шнека материал приобретает скорость V, которая складывается из переносной ре (имеет проекцию на градиент) и относительной рг составляющих (не имеет проекцию на градиент), тогда:

©2

Qn = -yve¿ •t^ dS

(18)

где у - насыпная плотность материала. После подстановки в теорему об изменении количества движения (12) соответствую-

щих величин запишем:

. 2

Y • ve2 • t • dS

(р)'

0 —

+ 1

Kpj

= —NB^t + NP^t + Nc^t (19)

Откуда, с учетом (13), имеем соотношение для силы NM:

NM=NB=yve2 • dS

(р)'

(Р)'

+

+1

+ Y • д(Рк1 — D — р • sin y)dS + + g •у • h • kc (Pk1-d-p

dS

(20)

cp

В выражении (20) множитель Л разобьем на составляющие:

y^Vg^dS-

xQ =

($)2+1

Xv —

1 gr a d(f)\ У9(Рк1-Р- psny)dS \grad(f)\

(21) (22)

лс =

(рк1-0-р*т р)

йБ

ср

\ дг а й(/)\

— (23)

Х = Х(}+Хр+Хс (24)

Используя AQ из выражения (21) в (11) и подставляя результат в (2), найдем вращающий момент, получаемый при воздействии на материал при заданной скорости ш: Фк,гРк„. .2 а2(а+ктпр)

М

VRQ

= Г\ГУ• ш2

■'Фо^Ро

(а2+р2)

• р3йр)йр (25)

Аналогично на основании второго слагаемого в выражении (20) запишем:

М

VRP

гФк гРк

= I (I (а + к^

■'Фо Ро уд(Рк1-0-р^тфу I 2 2

^а2 + р2йр) йр

(26)

1&+1

Также определим вклад во вращающий момент третьего слагаемого в выражении (20):

М

VRC

гФк ГРк

= I (I (а + к^ •

о •'Ро

^а2 + р2йр)йр (27)

дг^кс(рк1-°-р5[пр) 1-ср

1&+1

Таким образом, вращающий момент равен сумме трех составляющих:

МvR = МvRQ + МvRP + МVRC (28)

Мощность, потребляемая двигателем, определится из выражения:

Ш = ш^ Мш (29)

Результаты исследований. Полученные выражения (25)-(27) позволили провести теоретические исследования зависимости величины мощности, потребляемой двигателем на привод рабочих органов смесителя, от конструктивных и технологических параметров. По результатам расчетов построены двумерные сечения. Направление линий на представленных рисунках и их форма изменения являются одинаковыми для внутреннего, среднего и внешнего шнеков, поэтому на рисунках приведены двумерные сечения только для среднего шнека смесителя.

На рисунках 4а-6а представлено двумерное сечение, построенное по первому слагаемому выражений (20) и (28) (математическая

модель (25)), учитывает затрачиваемую мощность на придание материалу скорости от ноля до номинального значения. Двумерное сечение (рис. 4б-6б) построено по второму слагаемому выражений (20) и (28) (математическая модель (26)), учитывает силу трения материала о шнек с учетом высоты загрузки камеры смешивания. Двумерное сечение (рис. 4в-6в) построено по третьему слагаемому выражений (20) и (28) (математическая модель (27)), учитывает силу трения слоев материала друг о друга с учетом высоты загрузки камеры смешивания. Двумерное сечение (рис. 4г-6г) построено как результат суммы значений (выражения (20) и (28)), полученных в результате расчета по всем трем математическим моделям (25), (26) и (27), показывает суммарное влияние рассматриваемых факторов по трем слагаемым на величину мощности.

Анализ рисунка 4а показывает, что двумерное сечение, построенное в соответствии с результатами расчета по первому слагаемому, имеет криволинейную зависимость. При изменении частоты вращения вала смесителя от 10 до 40 мин-1 (1,05 до 4,19 рад/с) и величины плотности материала от 200 до 1000 кг/м3 величина мощности изменяется от 0,06 Вт до 18,5 Вт для среднего шнека, от 0,07 Вт до 21 Вт для внешнего и от 0,015 до 4,7 Вт для внутреннего шнека.

Двумерное сечение (рис. 4б), построенное по второму слагаемому, имеет криволинейную зависимость. При изменении частоты вращения вала смесителя от 1,05 до 4,19 рад/с и величины плотности материала от 200 до 1000 кг/м3 величина мощности изменяется от 40 Вт до 850 Вт для среднего шнека, от 100 Вт до 2100 Вт для внешнего и от 15 до 380 Вт для внутреннего шнека.

Двумерное сечение (рис. 4в), построенное по третьему слагаемому, имеет криволинейную зависимость. При изменении частоты вращения вала смесителя от 1,05 до 4,19 рад/с и величины плотности материала от 200 до 1000 кг/м3 величина мощности изменяется от 20 Вт до 420 Вт для среднего шнека, от 30 Вт до 630 Вт для внешнего и от 5 до 180 Вт для внутреннего шнека.

с

1000

У> .

, 3

кг/м 600'

400'

200 1000

У>

/ 3

кг/м 600

400

200

1000

У ' 3

кг/м 600

400

200

1000

У',

кг/м3

600'

400

200

1,05

2,62 ю, рад/с 4,19g) 1,05

2,62 ю, рад/с 4,19

в)

г)

1,05

2,62ю, рад/с 4,19

Рис. 4. Зависимость величины мощности от частоты вращения вала смесителя и плотности материала для среднего шнека: а) двумерное сечение, построенное по результатам расчета по первому слагаемому; б) двумерное сечение, построенное по результатам расчета по второму слагаемому; в) двумерное сечение, построенное по результатам расчета по третьему слагаемому; г) двумерное сечение, представляющее изменение суммарной величины мощности по всем трем слагаемым

Двумерное сечение (рис. 4г), построенное как результат суммы всех трех слагаемых, имеет криволинейную зависимость. При изменении частоты вращения вала смесителя от 1,05 до 4,19 рад/с и величины плотности материала от 200 до 1000 кг/м3 величина мощности изменяется от 60,06 Вт до 1288,5 Вт для среднего шнека, от 130,07 Вт до 2751 Вт для внешнего и от 20,015 до 564,7 Вт для внутреннего шнека.

Анализ рисунка 4а позволяет сделать следующие выводы. Изменение частоты вращения вала от 1,05 до 4,19 рад/с приводит к увеличению мощности от 0,07 до 3,6 Вт при плотности 200 кг/м3, а изменение частоты от 1,05 до 4,19 рад/с увеличивает величину мощности от 0,07 до 18,5 Вт при величине плотности материала 1000 кг/м3. Рассмотрение поверхностей, построенных по другим слагаемым, позволяет сказать, что изменение величины частоты вращения и плотности материала оказывают одинаковое влияние на характер изменения величины мощности.

Анализ двумерных сечений, представленных на рисунке 4, позволяет сделать вывод о том, что частота вращения рабочих органов смесителя не должна превышать 2,62 рад/с и компоненты смеси перед смешиванием не

должны быть сильно измельчены. Анализ рисунка 5 а показывает, что двумерное сечение, построенное по результатам расчета, выполненного по первому слагаемому, имеет криволинейную зависимость. При изменении частоты вращения вала смесителя от 1,05 до 4,19 рад/с и шага витка ленты шнека от 0,2 до 0,6 м величина мощности изменяется от 0,09 Вт до 22,7 Вт для среднего шнека, от 0,16 Вт до 29 Вт для внешнего и от 0,04 до 9,5 Вт для внутреннего шнека.

Двумерное сечение (рис. 5б), построенное по второму слагаемому, имеет криволинейную зависимость. При изменении частоты вращения вала смесителя от 1,05 до 4,19 рад/с и шага витка ленты шнека от 0,2 до 0,6 м величина мощности изменяется от 120 Вт до 1070 Вт для среднего шнека, от 250 Вт до 4050 Вт для внешнего и от 48 до 1200 Вт для внутреннего шнека.

Двумерное сечение (рис. 5в), построенное по третьему слагаемому, показывает, что при изменении частоты вращения вала смесителя от 1,05 до 4,19 рад/с и шага витка ленты шнека от 0,2 до 0,6 м величина мощности изменяется от 60 Вт до 370 Вт для среднего шнека, от 100 Вт до 525 Вт для внешнего и от 20 до 200 Вт для внутреннего шнека.

0,6

h, м

0,4

0,3 0,2

1

0,6

h, м

0,4 0,3 0,2

1

0,6 h, м 0,4

0,3 0,2

2,62 ю, рад/с 4,19а) 1

г)

0,6

h, м

0,4 0,3 0,2

2,62 ю, рад/с 4,19

б)

1,05

2,62 ю, рад/с 4,19в)

2,62 ю, рад/с 4,19

Рис. 5. Зависимость величины мощности от частоты вращения вала смесителя и шага витка ленты шнека для среднего шнека: а) двумерное сечение, построенное по результатам расчета по первому слагаемому; б) двумерное сечение, построенное по результатам расчета по второму слагаемому; в) двумерное сечение, построенное по результатам расчета по третьему слагаемому; г) двумерное сечение, представляющее изменение суммарной величины мощности по всем трем слагаемым

Анализ двумерного сечения (рис. 5г), построенного как результат суммы всех трех слагаемых, показывает, что при изменении частоты вращения вала смесителя от 1,05 до 4,19 рад/с и шага витка ленты шнека от 0,2 до 0,6 м величина мощности изменяется от 180,09 Вт до 1462,7 Вт для среднего шнека, от 350,16 Вт до 4604 Вт для внешнего и от 68,04 до 1409,5 Вт для внутреннего шнека.

Анализируя рисунок 5, можно сделать следующий вывод. Для снижения энергопотребления частота вращения рабочих органов смесителя не должна превышать 2,09 рад/с, а величина шага среднего шнека должна находиться в пределах от 0,4 до 0,6 м.

Двумерное сечение (рис. 6а), построенное по первому слагаемому, имеет криволинейную зависимость. При изменении ширины ленты шнека от 30 до 120 мм и шага витка от 0,2 до 0,6 м величина мощности изменяется от 0,55 Вт до 7,1 Вт для среднего шнека, от 0,6 Вт до 9,5 Вт для внешнего и от 0,1 до 2,0 Вт для внутреннего шнека. Чем больше шаг, тем больше мощность. При увеличении шага витка шнека от 0,2 до 0,6 м при ширине ленты шнека 120 мм величина мощности увеличивается с 1,9 до 7,1 Вт для среднего шнека, с 1,5 до 9,5 Вт для внешнего и с 0,1 до 1,9 Вт для

внутреннего шнека. Двумерное сечение (рис. 6б), построенное по второму слагаемому, имеет криволинейную зависимость. При изменении ширины ленты шнека от 30 до 120 мм и шага витка ленты шнека от 0,6 до 0,2 м величина мощности изменяется от 165 Вт до 1115 Вт для среднего шнека, от 350 Вт до 4350 Вт для внешнего и от 50 до 770 Вт для внутреннего шнека. При увеличении шага витка шнека от 0,2 до 0,6 м при ширине ленты шнека 120 мм величина мощности уменьшается с 1115 до 510 Вт для среднего шнека, с 4350 до 1190 Вт для внешнего шнека и с 770 до 145 Вт для внутреннего шнека. Это обусловлено тем, что в основу расчета по второму слагаемому заложено трение материала о поверхность шнека. Таким образом, при уменьшении шага шнека увеличивается число витков шнека и, соответственно, площадь контакта материала и ленты шнека.

Двумерное сечение (рис. 6в), построенное по третьему слагаемому, имеет криволинейную зависимость. При изменении ширины ленты шнека от 30 до 120 мм и шага витка ленты шнека от 0,2 до 0,6 м величина мощности изменяется от 90 Вт до 400 Вт для среднего шнека, от 135 Вт до 600 Вт для внешнего и от 25 до 150 Вт для внутреннего шнека.

0,6 h, м

0,4

0,3 0,2 0,6

h, м

0,4 0,3 0,2

0,6

h, м

0,4 0,3 0,2

120

90

(pk-p0) , м 30а) 120

0,6

h, м 0,4

0,3 0,2

90

(Pk Po) . м 30б)

120

90

(Pk"Po) . м 30в)

350

Рис. 6. Зависимость величины мощности от высоты ленты шнека и его шага для среднего шнека: а) двумерное сечение, построенное по результатам расчета по первому слагаемому; б) двумерное сечение, построенное по результатам расчета по второму слагаемому; в) двумерное сечение, построенное по результатам расчета по третьему слагаемому; г) двумерное сечение, представляющее изменение суммарной величины мощности по всем трем слагаемым

120

90

(Pk-Po) > м 30

Двумерное сечение (рис. 6г), построенное как результат суммы всех трех слагаемых, имеет криволинейную зависимость. При изменении ширины ленты шнека от 30 до 120 мм и шага витка ленты шнека от 0,6 до 0,2 м величина мощности изменяется от 300 Вт до 1380 Вт для среднего шнека, от 700 Вт до 4800 Вт для внешнего и от 110 до 905 Вт для внутреннего шнека. Т. к. на результаты расчета мощности наибольшее влияние оказывает слагаемое, найденное по второй методике расчета, то максимальная мощность достигается при ленте в 120 мм и шаге в 200 мм.

Анализ двумерных сечений, приведенных на рисунке 6, позволяет сделать заключение о том, что для наименьших затрат мощности на привод рабочих органов смесителя высота ленты шнека должна составлять от 30 до 50 мм, а величина шага ленты среднего шнека от 0,4 до 0,6 м. По определенным в результате теоретических исследований конструктивным и технологическим параметрам комбинированного шнека проведены экспериментальные исследования. По полученным результатам построены зависимости 1 и 2 (рис. 7). Результаты теоретических и экспериментальных исследований зависимостей 1 и 2 показывают, что расхождения между теоретическими и экспериментальными значениями

незначительные. Коэффициент вариации при загрузке бункера смесителя на 75% составляет 6,3%. Характер изменения теоретической кривой 2 соответствует кривой 1, построенной по результатам экспериментальных исследований. Исходя из качества смешивания материала, рекомендованной загрузки смесителя и эффективного использования камеры смешивания, оптимальное количество материала - 55-75%.

Рис. 7. Зависимость мощности от величины заполнения бункера: 1- экспериментальные исследования; 2 - теоретические исследования

Область применения результатов. Практическая ценность работы заключается в возможности использования результатов экспериментально-теоретических исследований на этапе проектирования смесителей для оп-

ределения величины потребляемой мощности на привод рабочих органов с учетом конструктивных и технологических параметров.

Выводы. Анализ влияния частоты вращения вала смесителя и величины плотности материала на затрачиваемую мощность на привод позволяет сделать вывод о том, что частота вращения рабочих органов смесителя не должна превышать 2,62 рад/с и компоненты смеси перед смешиванием не должны быть сильно измельчены.

Влияние изменения частоты вращения вала смесителя и шага витка шнека на величину потребляемой мощности позволяет сказать о том, что частота вращения рабочих органов смесителя не должна превышать 2,09 рад/с. Исследования зависимости потребляемой мощности от высоты ленты шнека и его шага позволяют сделать заключение, что для наименьших затрат мощности на привод рабочих органов смесителя высота ленты шнека должна составлять от 30 до 50 мм, а величина шага ленты среднего шнека - 0,4-0,6 м. Коэффициент вариации при загрузке бункера смесителя на 75% составляет 6,3%.

Литература:

1. Maintenance research of a horizontal ribbon mixer / A. Marczuk et al. // Eksploatacja I Niezawodnosc. 2017. № 19(1). С. 121-125.

2. Савиных П.А. Результаты теоретических исследований влияния установки лопаток на показатели работы горизонтального ленточного смесителя // Вестник ВНИИМЖ. 2019. № 4(36). С. 76-82.

3. Нормы технологического проектирования сельскохозяйственных предприятий по производству комбикормов: НТП-АПК 1.10.16.002-03. М., 2003.

4. Marczuk A. Improving efficiency of horizontal ribbon mixer by optimizing its constructional and parametrs // Eksploatacja i niezawodnosc. 2019. № 21(2). С. 220-225.

5. Нис Я.З. Физико-механические, физико-химические и теплофизические свойства сырья и готовых продуктов пищевой промышленности. Новочеркасск, 2012.

6. Сысуев В.А., Алешкин А.В., Савиных П.А. Кормо-приготовительные машины. Киров, 2009. Т. 2. 496 с.

Literatura:

1. Maintenance research of a horizontal ribbon mixer / A. Marczuk et al. // Eksploatacja I Niezawodnosc. 2017. № 19(1). S. 121-125.

2. Savinyh P.A. Rezul'taty teoreticheskih issledovanij vli-yaniya ustanovki lopatok na pokazateli raboty gorizontal'-nogo lentochnogo smesitelya // Vestnik VNIIMZH. 2019. № 4(36). S. 76-82.

3. Normy tekhnologicheskogo proektirovaniya sel'skoho-zyajstvennyh predpriyatij po proizvodstvu kombikormov: NTP-APK 1.10.16.002-03. M., 2003.

4. Marczuk A. Improving efficiency of horizontal ribbon mixer by optimizing its constructional and parametrs // Ek-sploatacja i niezawodnosc. 2019. № 21(2). S. 220-225.

5. Nis YA.Z. Fiziko-mekhanicheskie, fiziko-himicheskie i teplofizicheskie svojstva syr'ya i gotovyh produktov pish-chevoj promyshlennosti. Novocherkassk, 2012.

6. Sysuev V.A., Aleshkin A.V., Savinyh P.A. Kormopri-gotovitel'nye mashiny. Kirov, 2009. T. 2. 496 s.

DETERMINATION OF MIXER TAP'S RATIONAL PARAMETERS BY THEORETICAL STUDIES OF THE INTERACTION OF THE SCREW'S HELIX SURFACE WITH THE MATERIAL P.A. Savinykh, doctor of technical sciences, professor A.V. Aleshkin, doctor of technical sciences, professor N.V. Turubanov, candidate of technical sciences, professor's associate D.A. Zyryanov, junior research worker

Federal agrarian research center of the North-East after N.V. Rudnitsky

Abstract. The influence of the screw's helix surface with the material's interaction on the energy amount consumed by the mixer motor is studied. The theoretical studies carried out the physical and mechanical characteristics of various materials used as feed components, and the design parameters of the combined belt auger are taking into account. At the consumed energy determining, the energy spent giving on the mixed material at a speed from zero to the nominal value, the friction of the material on the material and the friction of the material on the screw's steel surface were taken into account, as well as the mixing chamber's loading height. According to the theoretical calculations, two-dimensional cross-sections allowing the amount of energy consumed by each belt auger to analyze are constructed. The research is aimed the mixing feed in a mixer's horizontal belt efficiency improving. Based on the conducted research, the most rational ranges of the mixer's technological and design parameters' values were selected: the speed of shaft's rotation of the combined screw it should not exceed 2,62 rad/s; the pitch of the average screw it should be from 0,4 to 0,6 m with a belt width from 30 to 50 mm; the optimal loading of the mixer it should be within 55-75%. The conducted experimental studies allow the reliability of theoretical calculations to evaluate. The variation's coefficient at the mixer hopper in 75% loading is 6,3%, that indicates the convergence of theoretical calculations with the experimental studies results.

Keywords: combined feed, theoretical studies, power consumption, feed's preparation, mixture's components.