CC BY
18
DOI 10.47737/2307-2873_2020_32_13 УДК 631.362.
ОЦЕНКА ДОЗИРОВАНИЯ КОМБИКОРМА УСТРОЙСТВОМ СПИРАЛЬНО-ВИНТОВОГО ТИПА
Е. А. Лялин, канд. техн. наук;
М. А. Трутнев, канд. техн. наук, доцент;
Н. В. Трутнев, канд. техн. наук, доцент,
ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ,
ул. Петропавловская, 23, Пермь, Россия, 614990, E- mail: [email protected]
Аннотация. Дозирование сухих концентрированных кормов дойным коровам является одной из важнейших задач в области механизации животноводства. Устройства, осуществляющие объемное дозирование, являются более надежными и простыми в изготовлении. К объемным дозаторам относится и спирально -винтовой дозатор - частный случай шнекового. Изложены результаты исследования рабочего процесса спирально -винтового дозатора при различном положении остановки последнего витка транспортирующей спирали на конце выгрузного окна цилиндрического кожуха. Приведена методика определения и физико-механические свойства гранулированного комбикорма. Лабораторная установка позволяла изменять угол установки спирали на приводном валу. Для исследования влияния угла остановки последнего витка транспортирующей спирали на точность формирования порции корма были использованы спирали диаметром 49, 73, 97 мм с различным шагом. Опытами установлено, что для всех исследованных типоразмеров спиралей дозатор обеспечивает наибольшую точность дозирования гранулированного комбикорма, оцениваемую коэффициентами вариации, находящимися в диапазоне 0,56 - 17,5%, при остановке крайнего витка спирали в нижней торцевой части выгрузного окна.
Ключевые слова: спирально-винтовой дозатор, точность формирования порции, дозирование, заслонка, угол установки, виток.
Введение. Как отмечалось ранее многими учеными и исследователями, спирально-винтовые питатели - частный случай шнековых - являются перспективными в области объемного дозирования сыпучих материалов [4, 9, 12, 14]. Применительно к сельскому хозяйству, конкретно в животноводстве, это выражается в дозировании су-
хих концентрированных кормов различным сельскохозяйственным животным [3, 7, 11].
В данной отрасли спирально-винтовые дозаторы находят всё большее применение, так как в молочном животноводстве по зоотехническим требованиям необходимо выдавать высококонцентрированные корма с высокой точностью (не менее 95%) [1, 2, 5, 8].
Особенно хорошо себя зарекомендовал спирально-винтовой дозатор, в котором дозирование порции корма происходит по количеству полных оборотов спирали [7, 13]. При испытаниях и исследовании рабочего процесса данного дозатора возник вопрос, как и каким образом будет влиять место расположения последнего витка дозирующей спирали на краю выгрузного окна дозатора.
В связи с этим целью исследования является определение точности формирования порции корма в зависимости от угла расположения (места нахождения) крайнего витка спирали на конце выгрузного окна дозатора.
Методика. Испытания проводили на гранулированном комбикорме соответствующем ГОСТ 9268-2015 со следующими физико-механическими свойствами: влажность - 6,1%; угол естественного откоса - 42°;
угол обрушения - 48°; угол трения о сталь 22°; насыпная плотность - 658 кг/м3; сумма баллов по Карру - 81; сыпучесть - хорошая. Данные свойства и критерии определяли по ГОСТ Р 51850 - 2001, ГОСТ Р 57059-2016, ГОСТ 13496.0-2016, ГОСТ 28254-2014 [10].
Для изучения процесса дозирования и формирования порции корма спирально -винтовым дозатором, спроектирован дозатор, схема которого представлена на рисунке 1. В основу спирально-винтового дозатора входят сменная спираль и кожух. Привод спирали осуществляется посредством соединительной муфты через мотор -редуктор постоянного тока 16.3730 мощностью 100 Вт [6]. Мотор редуктор позволяет осуществлять остановку спирали с шагом угла ее поворота в 90°.
Рис. 1. Принципиальная схема спирально-винтового дозатора: 1 - цилиндрический корпус; 2 -загрузочная горловина; 3 - выгрузное окно; 4 -спираль; 5 - привод (мотор-редуктор); 6 - муфта.
Рис. 2. Общий вид экспериментальной лабораторной установки: 1 - цилиндрический корпус, 2 - спираль, 3 - рама, 4 - весы CAS SW-05, 5 - бункер с загрузочной горловиной, 6 - моторедуктор 16.3730, 7 - тахометр SM8238, 8 - измерительный комплекс MYLB-G.T.Power RC 130A, 9 - переключатель.
На рисунке 2 представлен общий вид лабораторного спирально-винтового дозатора.
Оценку качества дозирования корма производили на спиралях различного диа-
метра и шага (табл. 1, рис. 3), для обеспечения зазора 5 мм между спиралью и цилиндрическим кожухом были подобраны три круглые трубы диаметрам 59, 83 и 107 мм.
Таблица 1
Параметры используемых транспортирующих спиралей
Диаметр спирали, d, мм Профиль полосы, мм Шаг спирали s Длина спирали l, мм
49; 73; 97 4х12 0,75d; 1d; 1,25d 600±50
d = 49 мм d = 73 мм d = 97 мм
Рис. 3 - Винтовые спирали для дозатора
Лабораторный дозатор работает сле- При включении привода вращательное
дующим образом. движение вала передается к транспорти-
рующей спирали 4 (рис. 1), обеспечивая перемещение сыпучего материала, расположенного в нижней части загрузочной горловины 2, в направлении выгрузного окна 3.
Использование мотор-редуктора с эксцентриком в качестве привода спирали позволяет осуществлять остановку спирали в положении, когда последний виток
Рис. 4. Варианты углов остановки крайнего
находится в нижней части выгрузного окна. Наличие контактной полосы на приводном валу позволяет изменить положение последнего витка спирали с шагом в 90° (Рис. 4). То есть спираль будет постоянно останавливаться в одном строго заданном положении - 0, 90, 180 и 270 градусов, при этом совершая п-ое количество оборотов.
спирали на конце выгрузной горловины
Опыты проводили следующим образом. На пульте управления задавали количество оборотов спирали. Спираль устанавливали в одном из 4-х положений. После этого подавали питание на привод, и корм выдавался в приемную емкость и взвешивался на весах CAS SW-05 с точностью до двух грамм, каждый опыт повторяли в пятикратной по-вторности [10]. По завершении опытов, полученные результаты заносили в таблицу 2.
Результаты. Оценками качества дозирования корма приняты коэффициенты ва-
риации. Наименьшему коэффициенту вариации соответствует наибольшая точность кодирования корма.
В таблице 2 приняты следующие обозначения: Ок - диаметр цилиндрического кожуха, мм; - диаметр спирали, мм; S -шаг спирали в долях единиц диаметра; т1 -масса корма, выданная в 1-ом опыте, г; Emi - сумма масс корма за 5 опытов, г; тср -среднее значении массы выданного корма, г; V - коэффициент вариации, %.
Таблица 2
Результаты опытов
Угол расположения витка Ас ^сп 5 Масса выданного корма в 1-ом опыте Еш;, г Шср, г V, %
Шь г ш2, г ш3, г ш4, г ш5, г
0° 109 97 1,25а 1352 1350 1326 1338 1372 6738 1347,6 17,50
90° 1356 1326 1334 1338 1382 6736 1347,2 29,64
180° 1322 1310 1374 1306 1364 6676 1335,2 59,87
270° 1324 1342 1328 1364 1358 6716 1343,2 18,65
0° 109 97 Ы 1210 1202 1218 1220 1216 6066 1213,2 3,51
90° 1190 1222 1198 1230 1212 6052 1210,4 18,03
180° 1208 1198 1210 1216 1232 6064 1212,8 10,37
270° 1226 1190 1240 1222 1218 6096 1219,2 21,99
0° 109 97 0,75а 970 968 970 978 976 4862 972,4 1,55
90° 940 978 970 970 968 4826 965,2 17,67
180° 954 950 960 948 980 4792 958,4 13,92
270° 926 956 968 946 962 4758 951,6 22,77
0° 83 73 1,25а 600 598 594 612 607 3011 602,2 6,93
90° 614 580 614 618 590 3016 603,2 38,62
180° 600 612 617 602 622 3053 610,6 11,77
270° 590 610 578 594 607 2979 595,8 22,85
0° 83 73 1а 538 536 552 540 544 2710 542 5,90
90° 556 518 536 538 536 2684 536,8 27,00
180° 532 542 530 542 548 2694 538,8 8,49
270° 542 540 550 538 532 2702 540,4 6,34
0° 83 73 0,75а 410 404 402 420 402 2038 407,6 11,54
90° 392 412 412 412 386 2014 402,8 32,41
180° 402 412 396 422 396 2028 405,6 25,01
270° 398 392 404 402 414 2010 402 13,13
0° 59 49 1,25а 196 194 206 202 198 996 199,2 9,32
90° 196 198 194 198 208 994 198,8 11,75
180° 194 192 188 202 208 984 196,8 26,50
270° 198 188 196 204 196 982 196,4 13,36
0° 59 49 1а 170 172 170 170 172 854 170,8 0,56
90° 180 170 178 172 176 876 175,2 7,85
180° 170 178 176 178 172 874 174,8 6,04
270° 178 170 174 184 172 878 175,6 14,03
0° 59 49 0,75а 142 136 144 140 142 704 140,8 5,23
90° 148 148 142 144 152 734 146,8 8,28
180° 140 144 138 146 138 706 141,2 7,48
270° 136 132 142 138 136 684 136,8 7,72
Анализируя полученные результаты эксперимента, можно отметить, что наименьшие коэффициенты вариации соответствуют случаям, при которых последний виток спирали останавливается в положе-
нии 0°, то есть когда виток останавливается на краю выгрузного окна в нижней её части (рис. 5). Данное явление наблюдается на всех исследуемых типоразмерах спиралей.
Рис. 5. Спираль, остановившаяся при 0°
Коэффициенты вариации при =
83 мм, ^сп = 73 мм и 8 = 0,75... 1,25^ варьировались от 1,55% до 59,87%, а наименьшие их значения составляли 1,55%, 3,51%, 17,50% при 0° при разных шагах спирали.
Коэффициенты вариации при =
109 мм, ёсп = 97 мм и 8 = 0,75. 1,25^ варьировались от 5,90% до 38,62%, а наименьшие их значения 11,54%, 5,90%, 6,93% получены при 0°, при разных шагах спирали.
Коэффициенты вариации при =
59 мм, ёсп = 49 мм и 8 = 0,75. 1,25^ изме-
нялись от 0,56% до 26,50%, а наименьшие их значения 5,23%, 0,56%, 9,32% получены при 0° при различных шагах спирали.
Вывод. Дозатор с диаметрами спиралей 49, 73, 97 мм обеспечивает наибольшую точность дозирования гранулированного комбикорма, оцениваемую коэффициентами вариации, находящимися в диапазоне 0,56 - 17,5%, при остановке крайнего витка спирали в нижней торцевой части выгрузного окна.
Литература
1. Вагин Б. И., Трутнев М. А., Трутнев Н. В. Зоотехнические и экономические предпосылки дозирования сухих концентрированных кормов. //Сборник научных трудов. Совершенствование технологических процессов и рабочих органов машин в растениеводстве и животноводстве. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский ГАУ, 2003. С. 29-31.
2. Виноградов В. Н., Кирилов М. П., Кумарин С. В. Современные подходы к использованию концентрированных кормов // Зоотехния. 2002. № 6. С. 10-11.
3. Золотарев П. С. Спирально-винтовой транспортер для сыпучих материалов // Техника и оборудование для села. 2009. № 12. С. 25-26.
4. Обоснование параметров спирально-шнекового питателя концкормов / В. В. Коновалов [и др.] // Вестн. Все-рос. науч.-исслед. института механизации животноводства. 2011. Т. 22. № 3. С. 68-73.
5. Ли В. Д. Оптимальный режим раздачи концентратов высокопродуктивным коровам // Зоотехния. 1996. № 7. С. 16-17.
6. Лялин Е. А., Коньшин С. В. Лабораторная установка для исследования рабочего процесса спирально-винтового дозатора гранулированных и рассыпных кормов // Молодежная наука 2014: технологии, инновации: Матер. Всеросс. науч.-практич. конф. Пермь: ИПЦ «Прокростъ», 2014. С. 24-25.
7. Лялин Е. А., Трутнев М. А. Повышение точности дозирования концентрированных кормов спирально-винтовым дозатором // Сельский механизатор. 2018. № 1. С. 26-27.
8. Морозков Н. А., Третьяков С. В., Волошин В. А. Система полноценного кормления черно-пестрого скота на комплексах по производству молока, обеспечивающая повышение молочной продуктивности и улучшение качества молока. Пермь, 2015. 74 с.
9. Платонов В. В. К вопросу о точности дозирования объемным шнековым дозатором // Тр. Саратовского СХИ. Саратов, 1973. Вып. 20. С. 128-130.
10. Поливаев О. И. Испытание сельскохозяйственной техники и энергосиловых установок. Санкт-Петербург: Лань, 2016. 276 с.
11. Савиных П. А. Теоретические исследования питающего и выгрузного транспортеров // Достижения науки и техники АПК. 2009. № 3. С. 61-64.
12. Shimizu Y., Cundall P.A. Three-dimensional DEM simulations of bulk handling by screw conveyors // Journal of Engineering Mechanics. 2001. V. 127. № 9. Pp. 864-872.
13. Lyalin E. A., Trutnev M. A. Discrete method of dosing free-flowing concentrated feed with spiral-screwed feeder // COMETa 2018, Conference on Mechanical Engineering Technologies and Applications" Proceedings. East Sarajevo-Jahorina, RS, B&H. 2018. Pp. 401-406.
14 Cleary P. W. DEM modelling of particulate flow in a screw feeder Model description // Progressin Computational Fluid Dynamics, an International Journal. 2007. V. 7, № 2-4. Pp. 128 -138.
ASSESSMENT OF MIXED FEED DOSING BY SPIRAL-SCREW TYPE DEVICE
E. A. Lyalin, Cand. Tech. Sci., M. A. Trutnev, Cand. Tech. Sci., Associate Professor, N. V. Trutnev, Cand. Tech. Sci., Associate Professor Perm State Agro-Technological University 23, Petropavlovskaya St., Perm, 614990, Russia E-mail: [email protected]
ABSTRACT
Dosing of dry concentrated feed to milking cows is one of the most important tasks in the field of animal husbandry mechanization. Volumetric dosing devices are more reliable and easy to produce. Volumetric dispensers also include a spiral-screw dispenser - special case of auger. Research results of operating process of spiral-screw dispenser are presented at a different stop position of the last turn of transporting spiral at the end of discharge hole of cylindrical cover unit. Method of determination, physical and mechanical properties of pelleted mixed feed are presented. Laboratory installation allowed changing the setting angle of spiral on the drive shaft. To investigate the effect of stop angle of the last turn of transporting spiral on the accuracy of feed portion, spirals with a diameter of 49, 73, 97 mm with different pitch were used. It is found during the experiment that the dispenser provides the highest accuracy of pelleted feed dosing for all examined spiral sizes. Accuracy is estimated by coefficients of variation in the range of 0.56-17.5% when spiral end stops in the lower front part of discharge hole.
Key words: spiral-screw dispenser, accuracy ofportion formation, dosing, shutter, setting angle, turn.
References
1. Vagin B. I., Trutnev M. A., Trutnev N. V. Zootehnicheskie i jekonomicheskie predposylki dozirovanija su-hih koncentrirovannyh kormov (Zootechnical and economic prerequisites for dosing of dry concentrated feed) Sbornik nauchnykh trudov. Sovershenstvovanie tekhnologicheskikh protsessov i rabochikh organov mashin v ras-tenievodstve i zhivotnovodstve. Sankt-Peterburg: Sankt-Peterburgskii GAU, 2003, pp. 29-31.
2. Vinogradov V. N., Kirilov M. P., Kumarin S. V. Sovremennye podkhody k ispol'zovaniyu kontsentriro-vannykh kormov (Modern approaches to the use of concentrated feed) Zootekhniya, 2002, No. 6, pp. 10-11.
3. Zolotarev P.S. Spiral'no-vintovoi transporter dlya sypuchikh materialov (Spiral-screw conveyor for bulk materials) Tekhnika i oborudovanie dlya sela, 2009, No. 1, pp. 25-26.
4. Konovalov V. V., et al. Obosnovanie parametrov spiral'no-shnekovogo pitatelya kontskormov (Substantiation of parameters of spiral-auger feeder of concentrated feeds) Vestn. Vseros. nauch.-issled. instituta mekhanizatsii zhivotnovodstva, 2011, V. 22, No. 3, pp. 68-73.
5. Li V. D. Optimal'nyi rezhim razdachi kontsentratov vysokoproduktivnym korovam (Optimal mode of concentrate distribution to highly productive cows) Zootekhniya, 1996, No. 7, pp. 16-17.
6. Lyalin E. A., et al. Laboratornaya ustanovka dlya issledovaniya rabochego protsessa spiral'no-vintovogo dozatora granulirovannykh i rassypnykh kormov (Laboratory installation for study of operating process of spiral-screw dispenser for pelleted and crumbled feeds) Molodezhnaya nauka 2014: tekhnologii, innovatsii, Vserossi-iskaya nauch.-prakticheskaya konf. (2014; Perm'), 2014, pp. 24-25.
7. Lyalin E. A., Trutnev M. A. Povyshenie tochnosti dozirovaniya kontsentrirovannykh kormov spiral'no-vintovym dozatorom (Improving the accuracy of dosing concentrated feed with a spiral-screw dispenser) Sel'skii mekhanizator, 2018, No. 1, pp. 26-27.
8. Morozkov N. A., Tret'yakov S. V., Voloshin V. A. Sistema polnotsennogo kormleniya cherno-pestrogo skota na kompleksakh po proizvodstvu moloka, obespechivayushchaya povyshenie molochnoi produktivnosti i uluchshenie kachestva moloka (System of full-fledged feeding of Black-and-White cattle at milk production complexes ensuring increase in milk productivity and improvement of milk quality) Perm', 2015, 74 p.
9. Platonov V. V. K voprosu o tochnosti dozirovaniya ob"emnym shnekovym dozatorom (On the issue of dosing accuracy with a volumetric auger dispenser) Tr. Saratovskogo SKhI, vyp. 20, Saratov, 1973, pp. 128-130.
10. Polivaev O. I., et al. Ispytanie sel'skokhozyaistvennoi tekhniki i energosilovykh ustanovok (Testing of agricultural machinery and power plants) Sankt-Peterburg: Lan', 2016, 276 p.
11. Savinykh P. A., et al. Teoreticheskie issledovaniya pitayushchego i vygruznogo transporterov (Theoretical studies of feeding and unloading conveyors) Dostizheniya nauki i tekhniki APK, 2009, No. 3, pp. 61 -64.
12. Shimizu Y., Cundall P. A. Three-dimensional DEM simulations of bulk handling by screw conveyors, Journal of Engineering Mechanics, 2001, V. 127, No. 9, pp. 864-872.
13. Lyalin E. A. Discrete method of dosing free-flowing concentrated feed with spiral-screwed feeder, COMETa 2018, Conference on Mechanical Engineering Technologies and Applications" Proceedings. East Saraj e-vo-Jahorina, RS, B&H, 2018, pp. 401-406.
14. Cleary P. W. DEM modelling of particulate flow in a screw feeder Model description, Progressin Computational Fluid Dynamics, an International Journal, 2007, V. 7, No. 2-4, pp. 128-138.
