CC BY
396
"" — — Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
УДК 631.374.001.5
Шварц С. А., Семенихин А. М., Дзреян В. С., Марченко В. И.
Shvartc S. A., Semenihin A. M., Dzreyan V. S., Marchenko V. I.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ-СМЕСИТЕЛЕЙ РАЗДАТЧИКОВ КОРМОВ
IMPROVED PERFORMANCE BLENDERS MIXERS DISTRIBUTORS FODDER
Проведен анализ результатов исследования процессов измельчения и смешивания дисперсных совокупностей, на основе хронометража выявлены проблемы и предложены решения.
Ключевые слова: корм, смеситель, измельчитель, функционирование
Шварц Сергей Александрович -
аспирант кафедры механизации технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции
Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета г. Зерноград
Семенихин Александр Михайлович -
доктор технических наук, профессор кафедры механизации технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета г. Зерноград
Дзреян Владимир Сергеевич -
аспирант кафедры механизации технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции
Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета г. Зерноград
Марченко Виктор Иванович -
кандидат технических наук,
доцент, заведующий кафедрой технологического оборудования животноводческих и перерабатывающих предприятий Ставропольский государственный аграрный университет г. Ставрополь
Технологический регламент, разработанный с учетом исследований механико-технологических основ точных технологий приготовления и раздачи кормосмесей крупному рогатому скоту, проведенный в последние годы, а также опыта реконструкции молочных ферм и перевод производства на интенсивные и высокие технологии /1 стр 301;2 стр 48,/ указывают на перспективу широкого применения многофункциональных агрегатов, способных решать задачу управления продукционными функциями в скотоводстве.
Анализ структурных схем кормовых линий на фермах крупного рогатого скота с позиции регистров технологий содержания животных и дойного стада прежде всего показывает, что их машинное обеспечение требует значительного
The analysis of the results of the study of processes of crushing and mixing dispersed populations, based on the timing problems identified and solutions proposed. Key words: food mixer, chopper, functioning
Schwartz Sergei Alexandrovich -
Ph.D. Student of Department of Mechanization Technology Production and Processing of Agricultural Products
Azov-Black Sea Engineering Institute Don State Agrarian University Zernograd
Semenihin Alexander Mihaylovich -
Doctor in Technical Sciences, Professor of Department of
Mechanization Technology Production and Processing of
Agricultural Products
Azov-Black Sea Engineering Institute
Don State Agrarian University
Zernograd
Dzreyan Vladimir Sergeyevich -
Ph.D. student of Department of Mechanization Technology Production and Processing of Agricultural Products
Azov-Black Sea Engineering Institute Don State Agrarian University Zernograd
Viktor Marchenko Ivanovich -
Ph.D. in Technical Sciences,
Associate Professor, Head of the Department
of Technology Livestock Equipment
and Processing Enterprises
Stavropol State
Agricultural University
Stavropol
количества технических средств, элементов инфраструктуры для управления продукционной функцией на различных стадиях специализации /3 стр 237/. Так в приведенном перечне технологий в зависимости от типа кормления число технических средств, входящих в кормовые линии, включая повторы, составляет от 7 до 30, а общее число их внедрения доходит до 34 единиц /6 стр 292/.
Подводя итог исследованию процессов измельчения и смешивания дисперсных совокупностей в едином технологическом пространстве, останавливаясь на смешивании, можно согласиться с утверждением П.М. Лацея /7 стр 137/ о выделении основных составляющих прямого действия - это: срезающую, конвективную, диффузионную, ударную и измельчающую и обратного - различие компонентов смеси по форме, размерам и плотности.
в
естник АПК
Ставрополья
:№ 2(14), 2014
/к
2я(Д2 н - Д2 с)
4¥к 60
с 1 Л • п,—
с
где £ и п - соответственно шаг и частота вращения шнеков,(м и мин-1); Ук - объем смеси, находящейся в емкости, м3.
Рисунок 1 - Схема расположения рабочих органов ИСРКс двумя
После некоторого упрощения (1), получим : п( Д2 н - Д2 с) • Я • п 1
Л =
120^
Л =
Дн • ^'п
Ьш ■ 60 • (2Дс + 2а)
я-Дн • £• п 1 Ьш-120• (Дн + а)' с
где Ьш - длинна шнеков, м;
а - половина расстояния между навивками шнеков, м.
Применительно к схеме технологического пространства ИСРК-12 «Хозяин» с горизонтальным расположением шнеков (рис. 1). Эти составляющие, прямого и обратного действия, могут быть оценены количественно.
Конвективное смешивание прямого действия может быть оценено отношением производительности шнеков (подачи) к объёму смеси в бункере, а эффект /к участия в процессе смешивания составит:
(1)
(2)
(3)
Эффект диффузионного смешивания /д,
перемены местами отдельных частиц смеси, наиболее вероятен в зоне, ограниченной углом ¡3 (рис. 1 ) между противорежущей призмой и навивкой шнеков и составит:
1д =
2(Д2„ - Дс2).р.Б • п 4 • 120 • 2Я(Р + %) ■ а ■ Ьш
(Д2н - Дс2)-Р-Б ■ п 1 240 • ЩР + Х) ■ а ■ Ьш ' с
(4)
где ¡3 - зависит от высоты противорежущей
п
призмы и равен —, в ряде моделей 2
ИСРК, X - угол захвата продукта шнеками равный углу трения кормосмеси по поверхности навивки шнеков.
Ударное смешивание - рассеяние единичных частиц смеси под влиянием их столкновений или ударов о стенки технологической емкости и разности фрикционных свойств характеризуется интенсивностью циркуляции продукта вдоль и поперек бункера /уд, определяемым зависимостью:
/уд
[ьпр - ьб)• в. ^
_ \ пр
Ртп + Рщэ + Ъ ■ Ьб
+
{Коп - в )• Ьб • к2.1
2 ^ + ЪЬб
(5)
с
где Уъ- рабочий объем бункера, м3;
^ - коэффициент заполнения бункера, 0,75 - 0,85).
Срезающее смешивание имеет место по всей поверхности шнеков, а эффект от его участия в процессе /с составит:
где Ь - ширина бункера на уровне шнеков, м;
к1 - кратность циркуляции продукта
1
в продольном направлении, —;
1 с
к1 - кратность циркуляции продукта в по-
11
перечном направлении,—;
В - ширина бункера до сужения, м;
Ьпр, Ь1юп - параметры объема пространства в продольном и поперечном сечении, м;
^тп,,¥т - величины поверхностей, передней, задней и боковой стенок бункера, м2.
Измельчающее смешивание в объеме ИСРК выполняется шнеками в нижней его части и отсутствует в конвективной составляющей, что существенно снижает его эффективность.
Следовательно, рабочее пространство (ИСРК) должно иметь устройство для предварительного разрушения рулонов. Данная задача решается установкой в бункер ИСРК активатора с режущим аппаратом ножевого типа, на который получен Патент РФ № 2498556 от
с
98
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
20.11.2013 г /4/.
Активатор технологического объёма ИСРК обеспечивает предварительное разрушение рулонов, распределение отдельных частей по объёму бункера и подводу к измельчающим шнекам.
В результате хронометража ИСРК, проведенного на молочно-товарной ферме СПК колхоза им.С. Г Шаумяна Мясниковского района Ростовской области и обработки 5 повторно-стей (рис 2), установлено, что время рабочего цикла агрегата составляет 35±2 мин., в котором предварительно разрушался рулон, значительно увеличивается его производительность.
Рисунок 3 - Схема определения угла установки ножей активатора Где 1 - боковая поверхность бункера ИСРК; 2 - рулон в исходном положении; 3 - рулон в промежуточном положении; 4 - нож; В,Ь - соответственно ширина бункера и активатора;
Я, Я; - радиус рулона в процессе разрезания Составим условие статического равновесия рулона в начальном положении, с учётом его геометрических размеров и параметров рабочего пространства ИСРК, в виде системы уравнений:
X-
ъ
Рх = 0; Ах - Вх = 0; (6) Ру = 0; Лу + Бу - = 0; (7)
Ма = 0; ^ ■ Я + Ву ■ с + Вх ■ ВБ = 0; (8) ^Мв = 0; mg(с - Я) - Ау ■ с - Ах ■ ВВ = 0; (9)
£
Решим систему уравнений относительно проекций сил на оси координат х и у в точках удержания рулона А и В, получаем зависимость угла установки плоскости ножей активатора.
Тогда, для снижения нормальных усилий на боковые поверхности ножей активатора, угол установки их плоскостей относительно оси х определится по выражению
, Ву а = ато^-?-,
В.,
(10)
Рисунок 2 - Результаты хронометража ИСРК-12 в условиях мТф колхоза
На ферме этот процесс активизируется следующим образом. Рулон, освобожденный от шпагата или плёнки, загружается в бункер и зависает на балке активатора (рис 3), опираясь на его боковую поверхность.
Измельчающее смешивание - деформация и разрезание (измельчение)
частиц имеет место в зазоре между шнеками и противорежущей призмой, также в плоскости движения ножей активатора, эффект которых /и оценивается двумя составляющими по зависимости, после схода рулона с активатора:
/и = 2
(Дн - Дс )П + 2Ь° • V 1
480-ж-Дн ■ Ь
В ■ ь
- (11)
где 2 - общее число ножей на шнеке, ед;
На - высота ножей активатора, м;
Ур - скорость цепного контура активатора,
м ■ с _1.
Зависимости (2-5,11) характеризуют интенсивность составляющих прямого действия на распределение контрольного компонента (компонентов) смеси в ее составе и позволяет прогнозировать время наступления равновесного состояния, называемого динамическим равновесием, после которого продолжение процесса смешивания становится нецелесообразным.
В составе смеси частицы компонентов отличаются размерами, формой и плотностью, влияние которых определяется временем наступления динамического равновесия, после которого однородность смеси начинает снижаться и, как показали исследования П.К. Жевлаков, Е.А. Раскатова, В. Ф. Хлыстунова и др., к достигнутому уровню не возвращается./6 стр 292/
Интенсивность прямого действия, таким образом, определяется по действующим процессам, зависимости (2-5,11).
Интенсивность обратного действия можно
с
в
естник АПК
Ставрополья
: № 2(14), 2014
1т
I
1;
Ри
Рс
ёс
^ 210= 3 (12)
I
Рт
шах _ . г- тах _ v . " тах _ у.
-Л-1 ) Л* г\ . ' А
Рт
й „
3 '
(13)
йс{
йг
/ (г) - /с (г)
(14)
охарактеризовать как стремление максимальных характеристик компонентов к их средним значениям в смеси с заданной однородностью и средними размерами ¡п, средней плотностью
Рс и средней формой .
ё с
Если мы имеем идеальные компоненты и различия по этим параметрам (признакам) отсутствуют, то
а их сумма равна числу признаков.
В противном случае (реальная смесь) имеет место различие этих признаков:
реальные X1 величины Ф 1, тогда их сумма
V { = X, + Х2 + Х3 + ... + X
/ : ¿ОС 12 3 П
Для смесей рационов крупного рогатого скота эти величины могут составить (сено, силос, сенаж, корнеплоды, концкорма, добавки в т.ч. жидкие в небольших количествах) и параметры признаков составляют: х1 = 5; х2 = 8; х3 = 10...
Уравнение кинетики смешивания по Лацею запишется в виде:
Переходя к количественной оценке процесса смешивания идеальной смеси, для ^ = 0 каждому х1, х2, х3 соответствует значение 1. Обратный процесс отсутствует при сумме эффектов равной 3 или п в общем случае.
Для реальных смесей сумма обратных эффектов в единицу времени составит:
Е = Х1 + х2 + хз + •••+ хп. (15)
Тогда интенсивность процессов обратных смешиванию реальных ингредиентов рациона в сравнении с идеальными можно записать в виде:
( п \
Е х ~п
V ¿=1
У .
йг
(16)
здесь п - число оценок (признаков).
Для реального рациона этот эффект будет равен:
23 - 3 / = 0,87.
и 23
(17)
Тогда процесс смешивания компонентов смеси в горизонтально-шнековом ИСРК можно охарактеризовать интенсивностью равной разности прямого и обратного эффектов.
I=5
к=п
- I /
(18)
I=1
к=1
Таким образом эффект обратного действия с высоким различием оценок тем больше, чем меньше сумма обратных эффектов.
Так как значительная часть процессов была описана ранее, был изготовлен опытный образец активатора (устройства предварительного измельчения) и проведены эксперименты по определению мощности и времени, затрачиваемой на разрезание одного рулона при различной длине ножа.
Для проведения исследований были изготовлены два типа ножей с разной длинной (70 и 90 мм) и углом установки (30-45о) (рис 4).
В эксперименте использовались рулоны люцернового сена, а также рулоны соломы.
¿=1
1
1
Рисунок 4 - активатор (устройство предварительного измельчения)
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В процессе исследований мощность, потребная на разрезание рулона, фиксировалась измерительным комплексом Н10К1 3198 (рис 5)
Рисунок 5 - измерительный комплекс HIOKI
Мощность на холостом ходу составила 1,2 кВт, при max нагрузке 5,2 кВт (при первом проходе ножа).
Результаты измерений после статистической обработки сведены в таблицу 1.
Таблица 1 - Результаты энергетической оценки разрезания рулонов сена и соломы
Материал Кол-во ножей Время, t, мин P, кВт L, длинна ножа
1. Сено эспарцета 1 30,56 1,3 70
2. 2 26,47 1,6 70
3. 3 13,35 2,4 70
Литература
1. Кормановский Л. П., Тищенко М. А., Механико-технологические основы точных технологий приготовления и раздачи кор-мосмесей крупному рогатому скоту многофункциональными агрегатами. Зерно-град : ВНИПТИМЭСХ, 2002. С. 301-324.
2. Тищенко М. А., Брагинец С. В. Технологический регламент подготовки и раздачи полноценных кормосмесей на фермах крупного рогатого скота. Зерноград : ГНУ СКНИИМЭСХ. 2011. 48 с.
3. Шварц С. А., Семенихин А. М., Магомедов М. М., Марченко В. И., Гуриненко Л. А. Морфологические и Энерготехнологические предпосылки оценки Измельчителей-Смесителей-Раздатчиков кормов» / Сборник научных статей по материалам Международной научно-практической конференции в рамках XII Международной агропромышленной выставки «Агроу-ниверсал 2010». С. 237-245.
4. Сено эспарцета 1 9,22 3,2 90
5. 2 7,54 3,6 90
6. 3 5,3 4,2 90
7. 1 4,33 1,1 90
8. Солома 2 2,94 1,3 90
9. 3 1,43 1,56 90
Вывод:
1. Повышение эффективности функционирования измельчителя-смесителя раздатчика кормов возможно при использовании устройства предварительно разрушения рулонов, которое уменьшает энергоемкость процесса в целом и способствует приготовлению полноценной кормовой смеси в едином технологическом объеме.
2. Из данных таблицы следует, что число ножей на цепи активатора должно быть не менее 3х, а загрузка емкости ИСПК рулонами должна осуществляется при работающем активаторе в начале рабочего цикла.
3. Время разрезания рулона активатором составляет 5,3 мин (3 ножа L=90 мм), мощность на привод 4,2 -1,56 кВт. При распаковке рулона МЭС - около 5 мин (рис 2) при работе ДВС мощностью равной 65 кВт и коэффициентом загрузки 30-35 %.
References
1. Kormanovskiy L. P., Tishchenko M. A., Mechanics and technological bases of precision technology preparation and distribution of rations to cattle multifunctional units. Zer-nograd : VNIPTIMESKH 2002. 301-324 p.
2. Tishchenko M. A., Braginets S.V. Production schedules preparation and distribution of full rations for cattle farms. Zernograd : GNU SKNIIMESKH. 2011. 48 p.
3. Schwartz S. A., Semenihin A. M., Magome-dov M. M., Marchenko V. I., Gurinenko L. A. Morphological evaluation and energy-technology background chippers-Feed discharger "/ Collection of scientific articles based on the International scientific-practical conference in the framework of the XII International Agricultural Exhibition "Agrouniversal 2010". P. 237-245.
4. Pat. 2498556. Chopper Mixer Feeder with pre-shredding device. S. A. Schwartz, S. A. Semenihin, V. V. Ivanov, Dzreyan V. S.
:№ 2(14), 2014
4. Патент № 2498556. Измельчитель смеситель раздатчик кормов с устройством предварительного измельчения С. А. Шварц, С. А. Семенихин, В. В. Иванов, В. С. Дзреян
5. Сельскохозяйственная техника: кат.Т.4. Техника для животноводства. М.: ФГНУ Росинформагротех, 2008. 316 с.
6. Шварц С. А., Дзреян В. С., Семенихин А. М. Совершенствование работы измельчителя-смесителя-раздатчика кормов // Высокоэффективные технологии и технические средства в сельском хозяйстве : межд. сб. тр. ФГБОУ ВПО АЧ-ГАА. Зерноград 2012. С.292-297.
5. Agricultural machinery: kat.T.4. Livestock equipment. Moscow : FGNU Rosinforma-groteh 2008. 316 p.
6. Schwartz S. A., Dzreyan V. S., Semeni-hin A. M. Improving the performance of the chopper-Feed discharger // High-performance technologies and technical means in agriculture: Intl. Sat tr. VPO ACHGAA. Zer-nograd. 2012. P.292-297.
