Научная статья на тему 'ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ДВУХСПИРАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ КОРМОВ'

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ДВУХСПИРАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ КОРМОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
60
20
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОНЦЕНТРИРОВАННЫЙ КОРМ / ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ / СМЕСИТЕЛЬ СПИРАЛЬНЫЙ / ВИНТОВАЯ СПИРАЛЬ / КУЛАЧОК / ЖЕСТКОСТЬ ПРУЖИНЫ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Ульянов Вячеслав Михайлович, Паршина Марина Владимировна, Батирова Виктория Алексеевна

В рационах кормления сельскохозяйственных животных основным компонентом и наиболее дорогим является концентрированный корм. Для снижения их себестоимости следует готовить корма из собственной кормовой базы непосредственно в хозяйствах. При приготовлении сухой концентрированной смеси целесообразно применять спиральные смесители, обеспечивающие высокое качество смешивания, низкую энергоёмкость при высокой производительности. В статье представлен спиральный смеситель, в корпусе которого размещены две концентрично расположенные винтовые спирали по его длине. При этом внутренняя спираль имеет возможность помимо вращательного движения за счет выступа кулачка совершать осевое возвратно-поступательное перемещение. При одновременном вращательном и возвратно-поступательном движении спирали с малым диаметром внутри спирали большего диаметра обеспечивается дополнительный сдвиг слоев корма, что улучшает перемешивание компонентов в однородную кормовую смесь, которая через выходное отверстие выводится из смесителя. Приведены результаты теоретических исследований по определению пропускной способности. Теоретически определено влияние внутренней винтовой спирали на общую производительность разрабатываемого смесителя. Выявлено, что с увеличением конструктивного коэффициента, который обозначает отношение диаметров винтовых спиралей, производительность смесителя повышается. Диапазон изменения конструктивного коэффициента должен быть в пределах 1,5-2,0. При этом диаметр внешней спирали из-за значительного скоростного градиента не следует принимать более 0,1 метра. Влияние перемещения внутренней спирали на производительность при этом незначительно. Рекомендуется высоту выступа скошенного основания кулачка, обеспечивающего осевое смещение внутренней винтовой спирали, принимать равным четверти шага внутренней спирали. При этом значении производительность смесителя максимальна. Результаты теоретических исследований могут быть использованы при обосновании параметров смесителя с двумя коаксиально размещенными вдоль корпуса винтовыми спиралями

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Ульянов Вячеслав Михайлович, Паршина Марина Владимировна, Батирова Виктория Алексеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PRODUCTIVITY OF A DOUBLE SPIRAL MIXER FOR CONCENTRATED FEEDS

In the diets of farm animals, the main component and the most expensive is concentrated feed. To reduce their cost, feed should be prepared from our own feed base directly on the farms. When preparing a dry concentrated mixture, it is advisable to use spiral mixers that provide high mixing quality, low energy consumption and high productivity. The article presents a spiral mixer, in the body of which there are two concentrically arranged screw spirals along its length. In this case, the inner spiral has the ability, in addition to the rotational movement due to the cam protrusion, to perform axial reciprocating movement. With the simultaneous rotational and reciprocating movement of the spiral with a small diameter inside the spiral of a larger diameter, an additional shift of the layers of feed is provided, which improves mixing of the components into a homogeneous feed mixture, which is discharged from the mixer through the outlet. The results of theoretical studies on the determination of the throughput are presented. The influence of the internal helical spiral on the overall performance of the mixer under development has been theoretically determined. It was found that with an increase in the constructive coefficient, which means the ratio of the diameters of the helical spirals, the mixer performance increases. The range of variation of the constructive coefficient should be in the range of 1,5-2,0. In this case, the diameter of the outer spiral, due to a significant speed gradient, should not be taken more than 0,1 meters. The effect of the movement of the inner spiral on productivity is insignificant. It is re-commended that the height of the protrusion of the beveled base of the cam, which provides the axial displacement of the inner helical spiral, is taken equal to a quarter of the pitch of the inner spiral. At this value, the mixer performance is maximized. The results of theoretical studies can be used to substantiate the parameters of a mixer with two coaxially placed helical spirals along the body.

Текст научной работы на тему «ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ДВУХСПИРАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ КОРМОВ»

Вестник аграрной науки Дона. 2021. № 3 (55). С. 46-55. Don agrarian science bulletin. 2021; 3 (55): 46-55.

Научная статья УДК 636.085.087:631.363

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ДВУХСПИРАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ КОРМОВ

Вячеслав Михайлович Ульянов1, Марина Владимировна Паршина1, Виктория Алексеевна Батирова1

1Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, Рязань, Россия, [email protected]

Аннотация. В рационах кормления сельскохозяйственных животных основным компонентом и наиболее дорогим является концентрированный корм. Для снижения их себестоимости следует готовить корма из собственной кормовой базы непосредственно в хозяйствах. При приготовлении сухой концентрированной смеси целесообразно применять спиральные смесители, обеспечивающие высокое качество смешивания, низкую энергоёмкость при высокой производительности. В статье представлен спиральный смеситель, в корпусе которого размещены две концентрично расположенные винтовые спирали по его длине. При этом внутренняя спираль имеет возможность помимо вращательного движения за счет выступа кулачка совершать осевое возвратно-поступательное перемещение. При одновременном вращательном и возвратно-поступательном движении спирали с малым диаметром внутри спирали большего диаметра обеспечивается дополнительный сдвиг слоев корма, что улучшает перемешивание компонентов в однородную кормовую смесь, которая через выходное отверстие выводится из смесителя. Приведены результаты теоретических исследований по определению пропускной способности. Теоретически определено влияние внутренней винтовой спирали на общую производительность разрабатываемого смесителя. Выявлено, что с увеличением конструктивного коэффициента, который обозначает отношение диаметров винтовых спиралей, производительность смесителя повышается. Диапазон изменения конструктивного коэффициента должен быть в пределах 1,5-2,0. При этом диаметр внешней спирали из-за значительного скоростного градиента не следует принимать более 0,1 метра. Влияние перемещения внутренней спирали на производительность при этом незначительно. Рекомендуется высоту выступа скошенного основания кулачка, обеспечивающего осевое смещение внутренней винтовой спирали, принимать равным четверти шага внутренней спирали. При этом значении производительность смесителя максимальна. Результаты теоретических исследований могут быть использованы при обосновании параметров смесителя с двумя коаксиально размещенными вдоль корпуса винтовыми спиралями.

Ключевые слова: концентрированный корм, производительность, смеситель спиральный, винтовая спираль, кулачок, жесткость пружины

Для цитирования. Ульянов В.М., Паршина М.В., Батирова В.А. Производительность двухспирального смесителя концентрированных кормов // Вестник аграрной науки Дона. 2021. № 3 (55). С. 46-55.

Original article

PRODUCTIVITY OF A DOUBLE SPIRAL MIXER FOR CONCENTRATED FEEDS

Vyacheslav Mikhailovich Ulyanov1, Marina Vladimirovna Parshina1, Victoria Alekseevna Batirova1

1Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev, Ryazan, Russia, [email protected]

Abstract. In the diets of farm animals, the main component and the most expensive is concentrated feed. To reduce their cost, feed should be prepared from our own feed base directly on the farms. When preparing a dry concentrated mixture, it is advisable to use spiral mixers that provide high mixing quality, low energy consumption and high productivity. The article presents a spiral mixer, in the body of which there are two concentrically arranged screw spirals along its length. In this case, the inner spiral has the ability, in addition to the rotational movement due to the cam protrusion, to perform axial reciprocating movement. With the simultaneous rotational and reciprocating movement of the spiral with a small diameter inside the spiral of a larger diameter, an additional shift of the layers of feed is provided, which improves mixing of the components into a homogeneous feed mixture, which is discharged from the mixer through the outlet. The results of theoretical studies on the determination of the throughput are presented. The influence of the internal helical spiral on the overall performance of the mixer under development has been theoretically determined. It was found that with an increase in the constructive coefficient, which means the ratio of the diameters of the helical spirals, the mixer performance increases. The range of variation of the constructive

© Ульянов В.М., Паршина М.В., Батирова В.А., 2021

coefficient should be in the range of 1,5-2,0. In this case, the diameter of the outer spiral, due to a significant speed gradient, should not be taken more than 0,1 meters. The effect of the movement of the inner spiral on productivity is insignificant. It is recommended that the height of the protrusion of the beveled base of the cam, which provides the axial displacement of the inner helical spiral, is taken equal to a quarter of the pitch of the inner spiral. At this value, the mixer performance is maximized. The results of theoretical studies can be used to substantiate the parameters of a mixer with two coaxially placed helical spirals along the body.

Keywords: concentrated feed, productivity, spiral mixer, helical spiral, cam, spring rate

For citation: Ulyanov V.M., Parshina M.V., Batirova V.A. Productivity of a double spiral mixer for concentrated feeds. Vestnik agrarnoy nauki Dona = Don agrarian science bulletin. 2021; 3(55): 46-55. (In Russ.)

Введение. Стратегическая задача, стоящая перед сельским хозяйством - обеспечение продовольственной безопасности страны. Решение этой задачи невозможно без стабильного функционирования отрасли животноводства, обеспечивающей население в первую очередь мясом и молоком. Производство данной продукции в необходимом объёме требует обеспеченности животноводства качественными кормами, от которых зависит себестоимость производящей продукции, так как в структуре затрат корма занимают значительную долю. Наиболее дорогими являются зерновые концентрированные корма. Поэтому при наличии собственной зерновой кормовой базы целесообразнее их производить непосредственно в хозяйствах, чем закупать у сторонних организаций. Это дополнительно снизит транспортные издержки.

Сухие концентрированные корма готовят из смеси зерновых компонентов и добавок с помощью смесителей, которые разнообразны по конструкции. На практике широко используются шнековые и лопастные смесители [1, 2]. Однако подобные смесители имеют высокую энергоемкость процесса при значительных габаритных размерах, обеспечивающих достаточно хорошую смешивающую способность. Следует заметить, что от качества приготовления концентрированной смеси зависит как расход кормовых компонентов, так и продуктивность сельскохозяйственных животных.

Для приготовления сухих кормовых смесей на фермах находят также применение спирально-винтовые устройства [3, 4, 5, 6]. Различают одно- и двухспиральные смесители. Предпочтительнее последние, отличающиеся компактностью, простотой конструкции. Главное преимущество двухспиральных смесителей -относительно низкие энергетические затраты на приготовление сухих кормовых смесей.

Несмотря на значительное количество имеющихся смесителей, разработка и обоснование смесителя концентрированных кормов,

обеспечивающего высокую производительность и однородность приготавливаемой смеси, является важным фактором дальнейшего развития животноводства.

Схема предлагаемого нами смесителя концентрированных кормов, отвечающая вышеуказанным требованиям, представлена на рисунке 1.

Смеситель включает бункер 1 , закрепленный над входным окном 3 корпуса 2, который в противоположном конце снабжен выходным окном 4. Внутри бункера установлены в зависимости от количества компонентов концентрированного корма перегородки. Они служат для регулирования соотношения объемов секций в бункере.

На выходе из бункера 1 перед входным окном 3 установлена шиберная заслонка, изменяющая поперечное сечение горловины и соответственно производительность смесителя.

Внутри корпуса 2 размещены концентрич-но две винтовых спирали 5 и 6 большего и меньшего диаметров. Один конец внутренней спирали 6 неподвижно соединен со шлицевой втулкой 7. Она имеет возможность движения по шлицам приводного вала 8, установленного в корпусе смесителя внутри винтовой спирали 6 и полых кулачков 9 и 10. Основания у них с одной стороны выполнены прямыми, а с противоположной - скошенными. При этом своими прямыми основаниями кулачки 9 и 10 зафиксированы на торцах корпуса 1 и втулки шлицевой 7. Это позволяет под воздействием пружины 11, установленной между втулкой шлицевой и выступом на валу, скошенным основаниям кулачков контактировать друг с другом.

Винтовые спирали 5 и 6 смесителя имеют индивидуальные с противоположным направлением вращением приводы 12 и 13 с регулируемой частотой.

Техническая новизна конструкции предлагаемого смесителя концентрированных кормов защищена патентом РФ на изобретение [7].

Ингредиенты комбикорма (компоненты кормосмеси) Feed ingredients (feed mixture components)

Комбикорм (кормовая смесь) Compound feed (feed mixture)

1 - бункер; 2 - корпус смесителя; 3, 4 - входное и выходное окна; 5, 6 - винтовые спирали; 7 - втулка шлицевая; 8 - вал; 9, 10 - кулачки полые; 11 - пружина сжатия; 12, 13 - регулируемый привод Рисунок 1 - Принципиальная схема двухспирального смесителя

1 - bunker; 2 - mixer body; 3, 4 - input and output windows; 5, 6 - helical spirals; 7 - slotted bushing; 8 - shaft; 9, 10 - hollow cams; 11 - compression spring; 12, 13 - variable drive Figure 1 - Schematic diagram of a double-spiral mixer

При приготовлении концентрированного корма ингредиенты загружают в секции бункера. В пропорции в зависимости от варианта установленных перегородок они через регулируемую щель и входное окно загружаются внутрь корпуса смесителя, и далее витками вращающихся винтовых спиралей движутся в сторону выходного окна с горловиной. При этом за один оборот вала втулка шлицевая совместно со спиралью внутренней совершит под воздействием скошенных оснований кулачков и пружины один осевой возвратно-поступательный ход. При одновременном вращательном и возвратно-поступательном движении спирали с малым диаметром внутри спирали большего диаметра обеспечивается дополнительный сдвиг слоев корма, что улучшает перемешивание компонентов в однородную кормовую смесь. Она далее поступает через выходное отверстие в горловину и выводится из смесителя.

В предлагаемом смесителе для исключения зацеплений и поломок коаксиально расположенных спиралей при совместном их вращении следует выполнять направления подъема винтовых линий внутренней и внешней спиралей противоположными.

При работе смесителя вращение внешней спирали большего диаметра обеспечивает транспортировку кормового материала от входного окна смесителя к выходному. Направление вращения спирали меньшего диаметра может быть любым и зависит от структуры компонентов смеси. Кинематический режим внутренней спирали влияет как на пропускную способность смесителя, так и на однородность приготавливаемой концентрированной смеси.

Методика исследований. Выполнен анализ рабочего процесса смесителя с двумя коаксиально расположенными по всей длине корпуса винтовыми спиралями и сделано теоретическое обоснование влияния на производительность смесителя внутренней спирали, совершающей вращательное и осевое возвратно-поступательное движения. При этом применялись закономерности математики, физики и теоретической механики.

Разрежем корпус перпендикулярным к его осевой сечением. Оно будет представлять две кольцевые площади, из которых, первая, ограниченная диаметрами Д наружной и В2 внутренней спиралями, а вторая - диаметром

внутренней спирали —2 и диаметром вала смесителя d. Соответственно наружная и внутренняя спирали перемещают слои корма или кормовые потоки с кольцевым поперечным сечением.

Формула для производительности смесителя б будет в виде:

б = (б ± Q2 ),

(1)

где б2 - соответственно пропускная способность наружной и внутренней спиралей, м3/с.

2\

- Р2 )

4

Знак в скобках формулы (1) характеризует направления движения кормовых потоков, осуществляемых отдельными спиралями смесителя. Для эффективности процесса перемешивания компонентов кормовой смеси целесообразно иметь встречные потоки, то есть знак в скобках формулы будет минус. Для обеспечения максимальной производительности смесителя знак в скобках формулы соответственно будет плюс.

Производительности отдельных спиралей смесителя при транспортировании и смешивании кормовых ингредиентов будут:

б2 =А

ж

г 2

(—22 - * 2 ) 4 ,

(2)

где Зл,322- средняя осевая скорость частиц при перемещении корма наружной и внутренней спиралями, м/с.

Для максимальной производительности кормовые потоки должны двигаться винтовыми спиралями в одном направлении с одинаковыми средними осевыми скоростями частиц, т.е. ^1=^2. Учитывая конструктивную способность разрабатываемого смесителя, эффективность перемешивания будет обеспечиваться за счет осевого возвратно-поступательного пере-

мещения с одновременным вращением внутренней винтовой спирали.

Для упрощения записи в последующем теоретическом обосновании параметров смесителя примем, что диаметр вала, расположенного во внутренней спирали, есть доля к^ от её

диаметра, т.е. * = к—, а к— = —.

—2

Определим соотношение производитель-ностей наружной и внутренней спиралей:

1 - —2К—- —2)_ к1 -1 =к

62 (—2 - *2) —2 (1 - к*) х - к2 0,

(3)

где к - коэффициент конструктивный, равный

к = кЫ ко = 1 - к* ■

Тогда с учетом формулы (3) выражение (1) для производительности спирального смесителя будет:

б = (1 + ко)б* . (4)

При вращении шлицевой втулки с внутренней винтовой спиралью происходит одновременно её осевое перемещение от скошенного основания подвижного кулачка при контакте с неподвижным кулачком. Поэтому будет дополнительная составляющая осевой скорости, перемещающая кормовой материал. При осевом перемещении шлицевой втулки со спиралью происходит одновременное сжатие пружины.

Когда кулачок при вращении пройдет вершину скошенной поверхности кулачка, шлицевая втулка за счёт силы упругости сжатой пружины начнет движение в противоположную сторону в начальное положение. За время одного оборота вала с винтовой спиралью происходит полный цикл возвратно-поступательного движения втулки с внутренней спиралью. При этом перемещение винтовой спирали при её повороте будет складываться из перемещения за счет

кулачков в сторону выгрузной горловины д1 и перемещение 52 за счет пружины обратно, т.е. 5(^) рабочего органа в осевом направлении при знакопеременном движении будет

5(г) = 5, + 5*.

При возвратно-поступательном движении спирали будет перемещаться кормовой материал, расположенный в зоне контакта витков.

Суммарная средняя осевая скорость 32С (м3/с) перемещения кормового материала внут-

ренней вращающейся винтовой спиралью определяется как производная от её перемещения по оси т.

К = z(t) =

<pS2 2л

+ S(t) =

^ /1 +8(J) = ^ + 8(t) = S2n + S(t), 2л I 2л

(5)

где со,п - угловая скорость и частота вращения спирали, с-1; в2, 8 - соответственно шаг и осевое смещение винтовой спирали, м.

Так как поворот шлицевой втулки со спиралью вызывает её осевое перемещение вправо на рисунке 1, тогда скорость Зх = 8 (г) можно записать так:

г г

С рЛ ^ ( соЛг ^ соЛ

S,{t) =

= П2 A, (6)

где Л - перемещение шлицевой втулки (высота кулачка) с внутренней винтовой спиралью, м.

Если рассматривать осевое смещение спирали 82 в процессе её вращения за счет действия возвратной пружины, то оно вызывает колебания рабочего органа. Примем для упрощения исследования, что уравнение гармонических колебаний внутренней спирали от воздействия постоянной вынуждающей силы будет иметь вид

„ / \ , i \ f-, (m + m )g

S2(t) = A cos (vt + -

к

(7)

где А - смещение (амплитуда) внутренней спирали смесителя, м; V - частота колебаний спирали, с-1; ? - продолжительность вращения спирали, с; а - начальная фаза колебаний, град; / - коэффициент трения корма по виткам спи-

рали и корпуса; тс тк - масса спирали и кормового материала, кг; g - ускорение свободного падения, м/с2; к - коэффициент жесткости пружины, Н/м.

Допускаем, что второе слагаемое в выражении (7) есть величина постоянная. Определим производную по времени 82 (г), которая будет иметь вид

S2 (t) = -A sin( vt + a)v.

(8)

За оборот внутренней винтовой спирали кормовой материал переместится вдоль оси на величину, соответствующую шагу в2 её навивки. Одновременно с этим за счет кулачков корм сместится дополнительно на расстояние А, а при осевом перемещении спирали под воздействием пружины в сторону входного окна кормовой материал вернется назад на величину амплитуды А, равную высоте выступа скоса втулки. Это означает, что за один оборот вала и соответственно внутренней спирали, кормовой материал переместится сначала на расстояние, равное А, а затем на то же расстояние обратно. То есть под воздействием силы упругости пружины спираль будет перемещаться из начальной фазы (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема к расчету Figure 2 - Scheme for calculation

v

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

у

Из схемы, представленной на рисунке 2, с учетом перемещения материала на величину A

Л п

можно записать, что sin а = —. При этом неиз-

с

вестная величина С на основании теоремы Пифагора будет

С = ^¡ r2 + Л2 = r2

1 +

^2

V Г2 J

(9)

Используя формулу (9), запишем выражение для определения синуса в виде

А А

sin а = — = ■

с

1 +

V r2 J

(10)

откуда начальная фаза колебаний, фиксирующая положение смещения А, будет

• • А . (11)

а = arcsin а = arcsin -

Л

1 +

V r2 J

Совместное решение выражений (8) и (11) позволяет получить смещение корма при

движении внутренней спирали за счет силы упругости пружины в виде

г \

д2 (t) = - Л sin

vt + arcsin -

1

1 +

^2

V Г2 J

V. (12)

Как было ранее сказано, за один оборот внутренней винтовой спирали она выполняет также одно осевое возвратно-поступательное перемещение вдоль вала. Частота осевых колебаний (у ) будет пропорциональна частоте вращения винтовой спирали. Поэтому у = кп ^ - коэффициент, учитывающий частоту колебаний за поворот спирали). Конструкцию привода для осевого перемещения спирали можно выполнить по принципу кулачковой предохранительной муфты. Тогда число осевых ходов винтовой спирали будет зависеть от количества кулачков и может быть больше одного за один поворот вала спирали.

В нашем случае, с учетом сказанного выше, выражение (12) примет вид

S2 (t) = - Л sin

knt + arcsin-

Л

1+ f Л > 2

r1 —

V r2 J

kn

(13)

С учётом того, что аргумент у синуса должен быть угловым, первое его слагаемое не отвечает этому требованию по размерности. К тому же осевое колебательное движение внутренней винтовой спирали является цикличным и зависит от частоты её вращения. Смеситель является машиной непрерывного действия, поэтому следует от времени колебания спирали перейти к частоте её вращения, ибо она задает, в том числе, колебательный режим работы ра-

бочего органа смесителя. Примем, что t есть продолжительность одного оборота спирали

1м -

(г = —,с ), за который угол её поворота из-

П2

менится от нуля до 2ж, что позволит выполнить требование об угловом аргументе синуса. С учетом вышесказанного уравнение (13) (в нашем случае при к=1) будет иметь вид

(

д2 (t) = - Л sin

2 ж + arcsin

Л

Л

я+л j

n

(14)

Ввиду того, что тригонометрическая функция синус периодичная, окончательно выражение (14) после упрощения примет вид

ад)=-

Л2

I

r2 + Л2

(15)

r

2

r

r

Подставив значение скоростей из выражений (15) и (6) в формулу (5), получим среднюю осевую скорость (м/с) движения кормового материала за счет внутренней винтовой спирали смесителя:

Г Л

=

S 2 + A -

r2" + A

n,

(16)

Как следует из выражения (16), осевая скорость движения частиц корма внутр е нней винтовой спиралью зависит как от её шага навивки и радиуса, так и от величины осевого перемещения и частоты вращения.

Опыт эксплуатации спирально-винтовых смесителей показывает, что у различных материалов осевая скорость их перемещения по

корпусу не должна превышать =0,3-0,5 м/с [8, 9]. Поэтому при выборе шага навивки спирали и её частоты вращения следует учитывать эти рекомендации.

Заменяем радиус внутренней спирали через диаметр в выражении (16) и, подставляя в выражение (4) с учетом формулы (2), получаем общую производительность смесителя концентрированных кормов:

Q =

S, + A -

A2

v(QADj

+ A2

(iD kd )

7iD2

4

(17)

у

Представим графические зависимости изменения производительности смесителя от величины перемещения внутренней винтовой спирали, вращающейся с частотой 5 с-1, с уче-

том конструктивного коэффициента для внутренней винтовой спирали диаметром 0,06 и шагом 0,08 м (рисунок 3).

design factor, kD

-•-A=0,25S2 —A=0,5S2 -e-A=Q -*-A=1,0S2

Рисунок 3 - Изменение пропускной способности Q смесителя от конструктивного коэффициента ко при kd = 0,5 Figure 3 - Change in the throughput Q of the mixer from the design factor ко at kd = 0,5

Из графиков следует, что с ростом конструктивного коэффициента кй производительность смесителя повышается, так как увеличивается диаметр внешней винтовой спирали. Следует заметить, что одновременно увеличивается и толщина слоя кормового материала,

расположенного в зазоре между винтовыми спиралями. Это может сказаться отрицательно на характеристиках работы смесителя. Так, например, с увеличением диаметра внешней винтовой спирали увеличивается центробежная сила на транспортируемый материал и соответ-

ственно его прижатие к внутренней поверхности корпуса смесителя, что ведет к повышению силы трения и энергоёмкости процесса.

Изменение величины осевого перемещения внутренней винтовой спирали незначительно влияют на производительность смесителя. Она при этом несколько увеличивается. Связано это с тем, что при осевом перемещении винтовой спирали к входному окну спираль продолжает вращаться, перемещая корм в обратном направлении. Для практического применения можно порекомендовать величину перемещения Л = 0,25£2, при этом значении производительность смесителя будет максимальной.

При выборе диаметра внешней спирали не целесообразно применять диаметр спирали смесителя более 0,1 метра из-за больших градиентов скоростей [9, 10]. Принимая во внимание проведенные исследования, можно окончательно порекомендовать значения коэффициента конструктивного ^о=1,5-2,0. При этих значениях диаметр внутренней спирали будет О2 = 0,05-0,06 м. Коэффициент ^, учитывающий долю вала от диаметра внутренней спира-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ли, для большей производительности смесителя должен быть минимальным и выбирается из условия прочности, с учетом изгибающего и крутящего моментов, действующих на вал. Принимать данный показатель менее 0,5й2 не рекомендуется, так как возникнут сложности с размещением вала и полых кулачков.

Важным фактором, обеспечивающим работоспособность смесителя, является правильность выбора жесткости возвратной пружины. Для осевого перемещения внутренней винтовой спирали сила упругости пружины (^) должна

преодолеть силы сопротивления, которыми являются силы трения между витками спирали и корма при её вращении и осевом перемещении, между слоями корма в межвитковом пространстве при сдвиге, а также силы трения в шлице-вом соединении при перемещении втулки и в полых кулачках при осевом смещении винтовой спирали. Определить точно эти силы достаточно трудно, проще найти силы сопротивления, исходя из проведенных исследований. Используя производительность внутренней спирали, имеем

Рс = + /2 вш /СОв / + /2 ШсЕ =

ЯУП2

1 + к

Л2

4тГ+Лг

1+-

М Л

М)2 + Л2

+/2шс§ = кА, (18)

где у - объёмная масса смешиваемого корма, кг/м3; / - коэффициент трения между поверхностями кулачков; /- угол наклона скошенного

Данная формула позволяет в зависимости от пропускной способности и величины осевого перемещения винтовой спирали определить жесткость возвратной пружины.

Дальнейшие исследования должны быть направлены на лабораторное подтверждение результатов теоретических предпосылок по обоснованию параметров двухспирального смесителя концентрированных кормов.

Выводы. Предложена конструкция смесителя концентрированных кормов с двумя кон-центрично установленными вдоль корпуса винтовыми спиралями. Оригинальным решением

основания кулачков к осевой винтовой спирали, град.

Здесь осевое перемещение х=А. Находим из формулы (18) значение коэффициента жесткости пружины:

(19)

является одновременное вращательное и осевое возвратно-поступательное движение внутренней винтовой спирали. Эта особенность позволяет активно сдвигать слои корма при их движении, что значительно повышает эффективность процесса смешивания.

Теоретически определено влияние внутренней винтовой спирали на общую производительность смесителя. Выявлено, что с увеличением коэффициента конструктивного ко, который обозначает отношение диаметров винтовых спиралей, производительность смесителя повышается. Диапазон изменения конструктив-

к =

ЯУП2

1 + кп

V

4тг+Л2

1+ /Ш2 Л (м)2 + Л2

+

/2 тс8

ного коэффициента должен быть fo=1,5-2,0. При этом диаметр внешней спирали из-за значительного скоростного градиента не следует принимать более 0,1 метра. Влияние перемещения внутренней спирали А на производительность при этом незначительно. Рекомендуется высоту выступа скошенного основания кулачка, обеспечивающего осевое смещение внутренней винтовой спирали, принимать равным A= 0,25S2. При этом значении производительность смесителя максимальна.

Предложена формула для выбора коэффициента жесткости пружины, обеспечивающей работоспособность смесителя.

Применение предложенного смесителя позволит готовить концентрированные корма для животных, отвечающие зоотехническим требованиям по однородности.

Результаты теоретических исследований могут быть использованы при обосновании параметров смесителя с двумя коаксиально размещенными вдоль корпуса винтовыми спиралями.

Список источников

1. Полякова А.А., Каширин Д.Е. Обоснование параметров активатора смесителя-обогатителя // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. 2017. № 1 (33). С. 75-79.

2. Ведищев С.М., Прохоров А.В., Ткачев А.С., Вы-гузов М.Е., Плохих П.Д. Технология получения комбикормов в хозяйствах // Инновационные подходы к разработке технологий производства, хранения и переработки продукции растениеводческого кластера: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Мичуринск. 2020. С. 144-149.

3. Полякова А.А., Утолин В.В., Гришков Е.Е., То-пильский А.Н. Конструктивно-технологические параметры спирального смесителя // Сельский механизатор. 2015. № 7. С. 28-29.

4. Ulyanov V.M., Utolin V.V., Luzgin N.E., Parshi-na M.V., Polunkin A.A. Quantifying productity of a gravity dispenser // E3S Web of Conférences. Эег. "International scientific and practical conference "Development of the agro-lndustrial complex in the context of robotization and digitaliza-tion of production in Russia and abroad", DAIC 2020" 2020. С. 1015.

5. Коновалов В.В., Чупшев А.В., Терюшков В.П., Коновалов В.В. Оптимизация конструктивно-кинематических параметров смесителя сухих кормов с лопастно-ленточным рабочим органом // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 3. С. 83-88.

6. Ульянов В.М., Утолин В.В., Паршина М.В., Бати-рова В.А., Паршина Л.А. Исследование спирального смесителя кормов // Вестник аграрной науки Дона. 2019. № 4 (48). С. 26-35.

7. Патент на изобретение 2687202 C1 РФ. Смеситель кормов / Ульянов В.М., Утолин В.В., Липин В.Д., Паршина М.В., Паршина В.А.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО РГАТУ. - № 2018121385; заявл. 08.06.2018; опубл. 07.05.2019, Бюл. № 13. 9 с.: ил.

8. Григорьев А.М. Винтовые конвейеры. М.: Машиностроение, 1972. 184 с.

9. Геррман Х. Шнековые машины в технологиях / пер. с нем. под ред. Л.М. Фридмана. Л.: Химия, 1975. 232 с.

10. Исаев Ю.М. Длинномерные спирально-винтовые транспортирующие устройства: монография. Ульяновск: ФГОУ ВПО УГСХА, 2006. 433 с.

References

1. Polyakova A.A., Kashirin D.E. Obosnovanie pa-rametrov aktivatora smesitelya-obogatitelya (Justification of the parameters of the activator of the mixer-concentrator). Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnolo-gicheskogo universiteta imeni P.A. Kostycheva. 2017; 1 (33): 75-79. (In Russ.)

2. Vedischev S.M., Prokhorov A.V., Tkachev A.S., Vyguzov M.E., Plokhikh P.D. Tekhnologiya polucheniya kombikormov v khozyajstvakh (Compound feed production technology on farms). Innovatsionnye podkhody k razrabotke tekhnologiy proizvodstva, khraneniya i pererabotki produktsii rastenievodcheskogo klastera. Materialy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Michurinsk, 2020, рр. 144-149. (In Russ.)

3. Polyakova A.A., Utolin V.V., Grishkov E.E., Topil'skiy A.N. Konstruktivno-tekhnologicheskie parametry spiral'nogo smesitelya (Design and technological parameters of the spiral mixer). Sel'skiy mekhanizator. 2015; 7: 28-29. (In Russ.)

4. Ulyanov V.M., Utolin V.V., Luzgin N.E., Parshi-na M.V., Polunkin A.A. Quantifying productity of a gravity dispenser. E3S Web of Conferences. Ser. "International scientific and practical conference "Development of the agro-lndustrial complex in the context of robotization and digitaliza-tion of production in Russia and abroad", DAIC 2020" 2020, рр. 1015.

5. Konovalov V.V., Chupshev A.V., Teryushkov V.P., Konovalov V.V. Optimizatsiya konstruktivno-kinematicheskikh parametrov smesitelya sukhikh kormov s lopastno-lentochnym rabochim organom (Optimization of the design and kinematic parameters of a dry feed mixer with a paddlebelt working body). Izvestiya Samarskoy gosudarstvennоy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2013; 3: 83-88. (In Russ.)

6. Ul'yanov V.M., Utolin V.V., Parshina M.V., Batiro-va V.A., Parshina L.A. Issledovanie spiral'nogo smesitelya kormov (Spiral feed mixer research). Vestnik agrarnoj nauki Dona. 2019; 4 (48): 26-35. (In Russ.)

7. Ul'yanov V.M., Utolin V.V., Lipin V.D., Parshina M.V., Parshina V.A. Smesitel' kormov (Feed mixer). Patent na izobretenie 2687202 C1 RF, zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VO RGATU. No 2018121385, zayavl. 08.06.2018, opubl. 07.05.2019, Byul. No 13. 9 p.: il. (In Russ.)

8. Grigor'ev A.M. Vintovye konveyery (Screw conveyors). M.: Mashinostroenie, 1972. 184 p. (In Russ.)

9. Gerrman K.H. Shnekovye mashiny v tekhnologiyakh (Screw machines in technology), per. s nem. pod red. L.M. Fridmana. L.: Khimiya, 1975. 232 p.

10. Isaev, Yu.M. Dlinnomernye spiral'no-vintovye Monografiya. Ul'yanovsk: FGOU VPO UGSKHA, 2006. 433 p. transportiruyuschie ustrojstva (Long spiral screw conveyors). (In Russ.)

Информация об авторах

В.М. Ульянов - доктор технических наук, профессор, Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, Рязань, Россия. Тел.: 8 (910) 563-29-01. E-mail: [email protected].

М.В. Паршина - аспирант, Рязанский государственный агротехнологический университет имени Рязань, Россия. Тел.: 8 (910) 908-38-66. E-mail: [email protected].

В.А. Батирова - аспирант Рязанский государственный агротехнологический университет имени Рязань, Россия. Тел.: 8 (910) 566-40-85. E-mail: [email protected]. Вячеслав Михайлович Ульянов, e-mail: [email protected].

Information about the authors

V.M. Ulyanov - Doctor of Technical Sciences, Professor, Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev, Ryazan, Russia. Phone: 8 (910) 563-29-01. E-mail: [email protected].

M.V. Parshina - postgraduate student, Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Russia. Phone: 8 (910) 908-38- 66. E-mail: [email protected].

V.A. Batirova - postgraduate student, Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Russia. Phone: 8 (910) 566-40-85. E-mail: [email protected].

!<!►] Vyacheslav Mikhailovich Ulyanov, e-mail: [email protected].

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflict of interests.

Статья поступила в редакцию 08.07.2021; одобрена после рецензирования 06.08.2021; принята к публикации 09.08.2021. The article was submitted 08.07.2021 ; approved after reviewing 06.08.2021; accepted for publication 09.08.2021.

П.А. Костычева, П.А. Костычева,

Kostychev, Ryazan, Kostychev, Ryazan,

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.