CC BY
17
УДК631.363
ПАРАМЕТРЫ БУНКЕРА-ПИТАТЕЛЯ ДОЗАТОРА ПОРОШКООБРАЗНОГО ПРЕПАРАТА
ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОСТАНОВОЧНОЙ РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ПРИ ПОДГОТОВКЕ СЫРОГО ФУРАЖНОГО ЗЕРНА К АНАЭРОБНОМУ ХРАНЕНИЮ
ЖУЖИН М.С.,
старший преподаватель кафедры «Электрификация и автоматизация», Нижегородский государственный инженерно-экономический университет; E-mail: zhuzhin001@yandex.ru.
КУЧИН Н.Н.,
доктор технических наук, профессор кафедры «Технический сервис», Нижегородский государственный инженерно-экономический университет. E-mail: kuchin53@mail.ru.
Реферат. Неотъемлемой частью технологии подготовки к скармливанию сырого фуражного зерна плющением и сохранения его в герметичных условиях, повышающих сохранность корма, является внесение химических или биологических препаратов. Существующие дозирующие устройства в основном применяются для внесения в корма жидких или растворённых в воде препаратов. К тому же они достаточно дороги и не предназначены для внесения порошкообразных форм консервантов. Необходимость в устройствах для их внесения объясняется наличием более дешёвых нерастворимых в воде порошкообразных препаратов, не уступающих по своим консервирующим свойствам жидким. До настоящего времени решению данной задачи не уделялось достаточного внимания. Одним из возможных вариантов решения этой задачи является разработанное на кафедре «Технический сервис» ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет» устройство дозированной подачи порошкообразного препарата для консервирования кормов, защищённое патентом на изобретение № 2615581. В данной работе рассматривается алгоритм определения объёма бункера-питателя дозатора консерванта, обеспечивающего его работу без частых остановок на дозаправку, в составе технологической линии по подготовке сырого фуражного зерна к закладке на хранение с использованием плющильных машин серии Murska. Необходимый минимальный объём бункера-питателя дозатора определяется с учётом физико-механических свойств порошкообразного консерванта (порошкообразной серы), таких как насыпной плотности, а угол естественного откоса используется для расчёта необходимого угла наклона стенок бункера. Приведено уравнение регрессии, позволяющее рассчитать объём бункера-накопителя дозирующего устройства в зависимости от фактической производительности плющильного оборудования.
Ключевые слова: зерно, насыпная плотность, угол естественного откоса, плющильные машины, порошкообразная сера, дозатор, бункер.
THE PARAMETERS OF THE HOPPER-FEEDER METERING OF POWDERED DRUG TO ENSURE CONTINUOUS OPERATION TECHNOLOGICAL EQUIPMENT IN THE PREPARATION OF THE RAW FEED GRAIN FOR ANAEROBIC STORAGE
ZHUZHIN M.S.,
Senior lecturer of the department "Electrification and Automation", Nizhny Novgorod State University Engineering and Economics University. E-mail: zhuzhin001@yandex.ru.
KUCHIN N.N.,
Doctor of Technical Sciences, Professor of Technical Service, Nizhny Novgorod State University Engineering and Economics University; E-mail: kuchin53@mail.ru.
Essay. An integral part of the technology for preparing for feeding raw forage grains by spinning and keeping it in hermetic conditions, which improves the preservation of the feed, is the introduction of chemical or biological preparations. Existing dosing devices are mainly used to feed liquid or dissolved in water preparations into the feed. In addition, they are quite expensive and are not designed to make powders of different forms of preservatives. The need for devices for their introduction is explained by the availability of cheaper, water-insoluble powdered preparations that are not inferior in their preservative properties to liquid. So far, no sufficient attention has been paid to the solution of this problem. One of the possible solutions to this problem is the device for dispensing a powdered preparation for canning of feeds, protected by patent for invention No. 2615581. The present invention is based on the technical maintenance department of the State Technical University of Nizhny Novgorod State engineering-economic university. It is considered an algorithm of determining the volume of the hopper-feeder of the preservative dispenser, which ensures its operation without frequent stops for refueling, as part of the technological line for the preparation of raw forage grain to the storage deposit using Murska series crimping machines. The required minimum volume of the dispenser feed hopper is determined taking into account the physics and mechanical properties of the powdered preservative (powdery sulfur), such as the bulk density, and the angle of the natural slope is used to calculate the desired angle of inclination of the hopper walls. The regression equation that allows calculating the volume of the storage hopper of the dosing device is given depending on the actual productivity of the crimping equipment.
Keywords: grain, bulk density, angle of repose, crimping machines, powdered sulfur, dispenser, bunker.
Введение. В сельском хозяйстве при проведении уборочных работ существует необходимость обеспечения непрерывной и согласованной работы всех машин и оборудования, задействованных в технологической цепи, на весь период заготовки определённой партии растениеводческой продукции. В связи с этим возникает необходимость в определении размеров бункеров, используемых для дозирования различных препаратов, которые зависят от принятого режима работы предприятия и необходимых нормативных запасов сырья и продукции [1]. Бункера представляют собой ёмкости из нержавеющей стали и других некорродируемых материалов для хранения, и перегрузки сыпучих материалов. Они могут быть прямоугольными (в частном случае квадратными) или круглыми. В целом они состоят из призматической или цилиндрической верхней части и суживающейся книзу воронки с отверстием для выпуска материала [2].
Исходя из общепринятых методик [3], ёмкость расходных бункеров для непрерывно действующего технологического оборудования рассчитывается на 2-4-х часовую работу машин, перед которыми они установлены, для обеспечения равномерного внесения определённых количеств материалов и бесперебойного режима работы. Ёмкость промежуточного бункера зависит от насыпной плотности и угла естественного откоса материала, степени заполнения бункеров, которую принимают равной 0,85-0,9. Для обеспечения полного опорожнения бункера стенки следует располагать под углом, превышающим угол естественного откоса на 5-10 градусов. Верхняя часть бункеров обычно имеет вертикальные стенки, а нижнюю выполняют в виде усечённой пирамиды.
Материал и методика исследования. Как известно и доказано многими учёными, такими как Н.Н. Кучин [4], С.Г. Леушин, Р.Ф. Мангутов, Л.А. Чаплыгина [5], по своим консервирующим свойствам порошкообразная сера не уступает своим аналогам в жидкой форме. В тоже время она является более экономичным препаратом для консервирования сырого фуражного зерна при его закладке на хранение [6]. Единственным недостатком такой технологии консервирования являлось отсутствие устройств для внесения данного препарата в зерно. Для решения этой задачи нами разработан дозатор порошкообразных препаратов [7], который устраняет отмеченный недостаток.
В технологической линии закладки сырого фуражного зерна на хранение основной машиной, определяющей её производительность, является плющилка. По своей производительности плющильное оборудование су-
щественно варьирует. В связи с этим в состав дозирующего устройства должен входить такой бункер, который способен обеспечить продолжительную непрерывную работу технологического оборудования без остановок на загрузку консерванта.
Для определения объёма бункера используются определённые физико-механические характеристики сыпучего материала. Минимальный требуемый геометрический объём бункера для обеспечения двухчасовой безостановочной работы технологического оборудования определяется по формуле:
О х *
Уб =-^-, (1)
У Р нас Х Кнап
где О - производительность оборудования, т/ч;
* - минимальное необходимое безостановочное время работы тех. оборудования;
Рте - насыпная плотность материала, т/м3;
Кшп - коэффициент наполнения бункера (0,9).
Для расчёта необходимого объёма бункера требуется определить насыпную плотность материала. Насыпной плотностью наполнителя называют отношение его массы ко всему занимаемому объёму, включая пространство между зернами [8, 9].
Измерение насыпной плотности мы проводили с помощью аналитических весов (рисунок 1) в следующей последовательности:
1. Определяли массу мерного сосуда (Мх).
2. Заполняли сосуд исследуемым порошкообразным материалом.
3. Взвешивали цилиндр с порошкообразным материалом (М2).
Заносили результаты взвешиваний в формулу:
р _М2 -М, н V
(2)
где V - объём мерного сосуда и рассчитывали насыпную плотность. Для уменьшения погрешности эксперимента измерения для разных проб порошкообразного материала проводили в 3-х повторениях. Полученные данные заносили в таблицу и на их основании рассчитывали среднюю насыпную плотность.
Рисунок 1 - Взвешивание цилиндров с порошкообразным материалом
Рисунок 2 - Определение угла естественного откоса
Сыпучесть материалов, обусловленная их порошкообразным составом и влажностью, определяется тремя способами: по углу естественного откоса, по времени опорожнения стандартной воронки и по углу обрушения. Нами сыпучесть определялась по углу естественного откоса, образованного горизонтальной плоскостью и образующей конуса, самопроизвольно создаваемого сыпучим материалом [10]. Для создания конуса использовали полый цилиндр (диаметр 100, высота 300 мм), который совмещали с окружностью диаметром 100 мм, нанесённой на миллиметровой бумаге, покрывающей основание. В цилиндр насыпали 2 л полимерного материала и поднимали его 5-6 раз строго вертикально вверх с одинаковой скоростью во всех экспериментах. Рассыпаясь, материал приобретал форму, близкую к конической (рисунок 2).
При этом каждый раз фиксировали высоту конуса Н и его диаметрБ (рисунок 3).
arctgh О 2
(3)
0
Рисунок 3 - Конус из порошкообразного материла с нанесёнными характеристиками
По среднему арифметическому значению этих измерений рассчитывали угол естественного откоса а по формуле:
Угол естественного откоса используется для определения угла наклона стенок бункеров. При этом вторая величина должна быть либо равна, либо больше первой.
Результаты исследования. Результаты контрольных взвешиваний для определения насыпной плотности порошкообразного консерванта представлены в таблице 1.
Они показали, что при увеличении высоты насыпи от 5 до 10 см насыпная плотность порошкообразного консерванта повысилась на 35 % и оказалась равной 0,78 г/см3. Дальнейшее наращивание высоты насыпного материала на 5 см повысило насыпную плотность примерно на 2,5 %, т.е. не оказывало существенного влияния на этот показатель. Поэтому дальнейшее наращивание высоты насыпи мы посчитали нецелесообразным. Средняя плотность, рассчитанная по результатам проведённых замеров, оказалась равной 0,72 г/см3.
Данные, полученные по результатам контрольных измерений, необходимые для определения сыпучести материала, представлены в таблице 2.
Приведённые данные замера конусов показывают, что результаты единичных измерений достаточно близки по значению. Это говорит о достаточно высокой однородности свойств изучаемого материала. При этом наибольшие отклонения их от среднего значения отмечены по результатам измерений диаметра конуса, наименьшие - по замерам угла естественного откоса, средняя величина которого оказалась равной 16о52. Для обеспечения полного опорожнения бункера стенки следует располагать под углом, превышающим угол естественного откоса на 5-10 градусов [11]. Это означает, что угол наклона бункера-питателя дозирующего устройства в нашем случае должен находиться в пределах 21о52'-26о52'.
Таблица 1 - Результаты определения насыпной плотности материала
Исследуемый материал № пробы Высота насыпи, см Мг М2 V , см3 Рн , г/см3 Рср.н , г/см3
Порошкообразная сера 1 5 32 83 86,7 0,58
2 10 80 322 308,5 0,78 0,72
3 15 130 555 530,2 0,8
а =
Таблица 2 - Результаты измерения параметров самопроизвольно создаваемого конуса ф, Н) и угла естественного откоса (а).
Исследуемый материал № пробы D Н а
1 32.3 8 16о57'
2 38 7.5 16о48'
Порошкообразная сера 3 38 7.7 16о52'
4 39,6 7.6 16о50'
5 38,4 7.8 16о53'
Среднее (М) - 37,26 7,72 16о52'
Средняя квадратическая ошибка (щ) - 1,27 0,085 0о015 0''
Коэффициент вариации (у), % - 7,6 2,5 0,205
Таблица 3 - Минимальный объём бункера для плющильных машин серии Митека.
Модель Максимальная производительность, т/час Объём бункера, дм3
Мигека 220 1 3,1
Мигека 350 5 15,4
Мигека 700 10 30,9
Мигека 1000 20 61,7
Мигека 1400 30 92,6
Мигека 2000 40 123,5
Рисунок 4 - Зависимость объёма бункера от производительности плющильной машины
Для осуществления непрерывной работы плющильных машин серии Мшъка необходимо определить минимальный объём бункера устройства дозирования порошкообразного препарата. По проведённым расчётам объём бункера для разных моделей машины зависит от их производительности (таблица 3).
Отмеченная зависимость минимального объёма бункера дозатора от производительности плющильных машин представлена на графике рисунка 4.
Данную зависимость с высокой степенью точности = 0,996) описывает уравнение регрессии (у = 3238x2 + 1639,7х), которое позволяет определить минимальный объём бункера для дозатора в зависимости от фак-
тической производительности плющильной машины.
Выводы. Проведённые исследования позволили установить, что порошкообразная сера имеет насыпную плотность, равную 0,72 г/см3, угол естественного откоса - 16о52. Это означает, что угол наклона стенок сужающейся нижней части бункера должен составлять 21,52-26,52°. Получено уравнение регрессии, позволяющее с высокой степенью точности = 0,996) установить минимальный объём бункера для ряда плющильных машин серии Мшгека, преимущественно используемых в сельскохозяйственном производстве нашей страны при подготовке сырого фуражного зерна к скармливанию.
Список использованных источников
1. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Вяжущие вещества» для студентов специальности 290600 - Производство строительных материалов, изделий и конструкций и направления 653500 - Строительство / ВСГТУ: Сост.: Л.А. Урханова. - Улан-Удэ, 2002. - 20 с.
2. Бункеры и силосы. Схемы [Электронный ресурс] URL:https://studfiles.net/preview/5578144/ (дата обращения 28.02.2018 г.)
3. Расчет емкости и конструирования бункеров и складов [Электронный ресурс] URL: http://allrefrs.ru/3-16270.html (дата обращения 28.02.2018 г.)
4. Влияние степени уплотнения и использования биологических и химических препаратов на результаты консервирования фуражного зерна повышенной влажности / Н.Н. Кучин, А.П. Мансуров Е.Ю. Герасимов и др. // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2012. - № 2-3. - С. 140-144.
5. Леушин С.Г., Мангутов Р.Ф., Чаплыгина Л.А. А.с. 126274 СССР, МКИ A23K3A23K3/02 Консервант для кормов / (СССР). № 3542810/30; Бюл. № 44 (72). - С. 3-20.
6. Жужин М.С., Кучин Н.Н. Экономическая эффективность закладки на хранение зерна с использованием дозатора порошкообразного консерванта // Вестник НГИЭИ. - 2016. - № 12 (67). - С. 65 - 71.
7. Жужин М.С., Кучин Н.Н. Патент № 2615581 РФ. МПК A23N 17/00. Устройство дозированной подачи порошкообразного консерванта для консервирования кормов. Опубл. 05.04.2017. Бюл. № 10.
8. Определение плотности сыпучего наноматериала: метод. разработки / сост. А.Е. Бураков. - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. - 16 с.
9. Насыпная плотность заполнителей [Электронный ресурс] URL: https://studopedia.ru/3_81196_nasipnaya-plotnost-zapolniteley.html (дата обращения 28.02.2018 г.)
10. Технология переработки полимерных материалов: Лабораторный практикум / Под ред. В.Е. Галыгин, П.С. Беляев, А.С. Клинков и др. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2001. - 132 с.
11. Расчет емкости и конструирования бункеров и складов [Электронный ресурс] URL:http://allrefrs.ru/3-16270.html (дата обращения 28.02.2018)
List of sources used
1. Methodical instructions for the implementation of the course project on the discipline "Cementing substances" for students of specialty 290600 - Manufacture of building materials, products and structures and directions 653500 - Construction / SSTU: Comp. Urchanov. - Ulan-Ude, 2002. - 20 p.
2. Bunkers and silos. Schemes [Electronic resource] URL: https: //studfiles.net/preview/5578144/ (circulation date 28.02.2018)
3. Calculation of capacity and design of bunkers and warehouses [Electronic resource] URL: http://allrefrs.ru/3-16270.html (circulation date 28.02.2018)
4. Influence of the degree of compaction and the use of biological and chemical preparations on the results of canning forage grains of high humidity / N.N. Kuchin, A.P. Mansurov E.Yu. Gerasimov et al. // Bulletin of the Nizhny Novgorod University. N.I. Lobachevsky. - 2012. - № 2-3. - P. 140-144.
5. Leushin S.G., Mangutov RF, Chaplygina LA A.S. 126274 USSR, MKI A23K3A23K3 / 02 Preservative for fodder / (USSR). No. 3542810/30; Bul. No. 44 (72). - P. 3-20.
6. Zhuzhin M.S., Kuchin N.N. Economic efficiency of laying for storage of grain using a doser of a powdery preservative // Vestnik NGIER. - 2016. - No. 12 (67). - P. 65 - 71.
7. Zhuzhin M.S., Kuchin N.N. Patent № 2615581 of the Russian Federation. IPC A23N 17/00. A device for the do sage of a powdered preservative for preserving feeds. Opubl. 04/05/2017. Bul. № 10.
8. Determination of bulk density of nanomaterial: method. development / comp. A.E. Burakov. - Tambov: Publishing house of FGBOU HPE "TSTU", 2012. - 16 p.
9. Bulk density of aggregates [Electronic resource] URL: https://studopedia.ru/3_81196_nasipnaya-plotnost-zapolniteley.html (circulation date 28.02.2018)
10. Technology of processing of polymeric materials: Laboratory practical work / Ed. V.E. Galygin, P.S. Belyaev, A.S. Klinkov and others - Tambov: Izd-vo Tamb. state. tech. University, 2001. - 132 p.
11. Calculation of the capacity and design of bins and warehouses [Electronic resource] URL: http: //allrefrs.ru/3-16270.html (circulation date 28.02.2018)
