CC BY
36
УДК 631.363.7
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И УСТРОЙСТВА ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ СУХИХ РАССЫПНЫХ
КОРМОСМЕСЕЙ
Н.В. Хольшев, ассистент
С.М. Ведищев, кандидат технических наук, доцент Н.О. Милюков, аспирант М.А. Гарина, магистрант В.В. Сорокин, магистрант
ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» E-mail: serg666_65@mail.ru.
Аннотация. Кормление полноценными кормовыми смесями - один из путей решения задачи импортоза-мещения продуктов животного происхождения. Приготовление смесей из доступных компонентов малогабаритными комбикормовыми агрегатами в самом хозяйстве экономически выгоднее. Основой совершенствования таких комбикормовых агрегатов является снижение энергоемкости при сохранении качества смеси в соответствии с зоотехническими требованиями. Уточненная классификация смесителей кормов позволила выявить, что наиболее перспективными являются универсальные тихоходные смесители периодического действия с двумя горизонтальными шнеколопастными рабочими органами с чередующимися участками. Такие смесители обеспечивают интенсификацию процесса и сокращение времени смешивания за счет организации упорядоченного перемещения компонентов корма внутри бункера. Смеситель содержит корпус, в котором размещены два противотранспортирующих перемешивающих органа, каждый из которых состоит из двух частей. Части вращаются в противоположные стороны и имеют автономные приводы. В первой части под действием винтовой навивки и перемешивающе-транспор-тирующих лопаток компоненты перемещаются вдоль рабочего органа со смещением к боковой стенке бункера. Во второй части рабочего органа под действием перемешивающе-транспортирующих лопаток компоненты перемещаются вдоль рабочего органа и частично перебрасываются на второй рабочий орган. Аналогично работает и второй рабочий орган. Эффективность работы смесителя оценивается неоднородностью смеси и удельными затратами энергии. Производительность смесителя определяется массой порции, которая зависит от полезного объема бункера и времени цикла. Время цикла определяется из условия отсутствия застойных зон на участках рабочего органа и зависит от конструктивно-режимных параметров смесителя и физико-механических свойств кормов. Производственные испытания подтвердили эффективность предлагаемого смесителя.
Ключевые слова: время цикла, кормосмесь, объем, производительность, смеситель, шнеколопастной.
Животноводство России особо нуждается в технологической модернизации, поскольку при наличии необходимых ресурсов оно не удовлетворяет потребности населения страны в основных продуктах животного происхождения: импорт этих продуктов превышает 40% годового потребления. Даже при таком импорте душевое потребление продуктов животноводства не соответствует медицинским нормам. В реализации задачи восстановления и развития производства продукции животноводства особое место занимает кормление, в первую очередь полноценными кормовыми смесями [7, 8].
В настоящее время отмечается тенденция к приготовлению комбикормов в самом хозяйстве, так как это экономически выгоднее - свои комбикорма значительно дешевле. В небольших хозяйствах применяют малогабаритные комбикормовые агрегаты, обеспечивающие производство комбикорма в хозяйстве из доступных компонентов по общепринятым рецептам или по рецептам, составленным специалистами хозяйства. Сравнительно небольшая их стоимость и достаточно быстрая окупаемость обуславливают широкое их распространение. Основной тенденцией совершенствования таких агрегатов
является снижение их энергоемкости и металлоемкости, но не в ущерб качеству приготовляемых кормов [7, 8, 9].
Для решения задачи приготовления полнорационных кормовых смесей, на основе имеющегося в стране и за рубежом опыта производства оборудования для смешивания, необходимо создание смесительных установок с низкими затратами энергии качеством получаемой смеси в соответствии с зоотехническими требованиями [1, 3, 5].
На основе уточненной классификация смесителей кормов был проведен анализ существующих и предлагаемых конструкций смесителей кормов. Универсальные смесители кормов позволяют смешивать различные по составу и консистенции корма. Тихоходные смесители имеют более низкую энергоемкость, менее интенсивно истирают компоненты кормосмеси, меньший износ рабочих органов, отличаются более высокой долговечностью. Порционные смесители обеспечивают хорошее качество кормосмеси, имеется возможность использования их в составе мобильных кормоприготовительных агрегатов. Наиболее оптимальной конструктивной схемой по энергоемкости и качеству смеси является двухвальная. Горизонтальное расположение рабочих органов позволяет уменьшить высоту смесителя, такие смесители обладают более высокой эксплуатационной надежностью, просты в эксплуатации, имеют возможность широкого диапазона изменения кинематических параметров, а также менее энергоемки.
Наиболее эффективными являются смесители принудительного действия. Рабочие органы таких смесителей могут быть лопастными, шнековыми, битерными, пропеллерными и комбинированными. Последние являются наиболее перспективными. К ним относятся шнеколопастные рабочие органы, устраняющие подпрессовку кормосмеси у торцевых стенок смесителя, обеспечивающие интенсификацию процесса смешивания и обладающие широким диапазоном регулировок [4, 5, 7].
В результате анализа конструкций смесителей кормов установлено, что наиболее перспективным направлением в совершенствовании смесителей кормов является создание универсального тихоходного смесителя периодического действия с неподвижным прямоугольным корпусом и двумя горизонтально расположенными принудительно смешивающими шнеколопастными рабочими органами. За счет организации упорядоченного перемещения компонентов корма внутри смесителя сокращается время приготовления порции. Новизна разработки подтверждена патентом РФ №2381725 [4, 5, 7].
Предлагаемый смеситель кормов, содержит снабженный выгрузными патрубками 1 корпус 2 (рис. 1).
б)
Рис. 1. Схема смесителя кормов: а) схема смесителя; б) разрез А-А
В нижней части корпуса 2 параллельно размещены два противотранспортирующих перемешивающих рабочих органа, каждый из которых выполнен составным из двух частей 3 и 4, причем части имеют автономные приводы 5 и вращаются в противоположные стороны. Часть 3 выполнена в виде винтовой навивки 6 и перемешивающе-транспортиру-
ющих лопаток 7. Часть 4 выполнена в виде перемешивающе-транспортирующих лопаток 8 и перебрасывающих лопастей 9. Пере-мешивающе-транспортирующие лопатки 7 и 8 установлены под противоположными углами друг к другу относительно продольной оси рабочего органа. Выгрузные патрубки 1 снабжены заслонками 10 с механизмами управления 11.
Принцип работы смесителя заключается в следующем. Загружается корм в корпус 2. Включаются приводы 5 частей 3 и 4 рабочих органов. Под действием винтовой навивки 6 и перемешивающе-транспортирующих лопаток 7 корм, перемешиваясь, движется к выгрузному патрубку 1. Вращение части 3 рабочего органа осуществляется в таком направлении, при котором корм смещается к боковой стенке корпуса 2. Так как часть 4 рабочего органа вращается в противоположную сторону относительно части 3, то пере-мешивающе-транспортирующие лопатки 8 перемешивают и перемещают корм к перебрасывающим лопастям 9, частично перебрасывая его в зону работы второго рабочего органа.
Окончательный переброс корма в зону работы второго рабочего органа выполняют перебрасывающие лопасти 9. Аналогично, с тем же эффектом смешивания, но в противоположном направлении перемещает корм второй рабочий орган. По окончании перемешивания открываются заслонки 10 механизмами управления 11, и готовая кормосмесь выгружается через патрубки 1.
По предложенной конструктивно-технологической схеме смесителя была разработана общая расчетная схема смесителя (рис. 2).
Смеситель должен соответствовать следующим требованиям [1, 3, 4, 6, 7, 8, 9]:
Q ^ [Q ]
Xstp L s*s300mJ
v,<[v ] , (!)
ф зоот
N - ^ min
уд.
где и 0зоот- фактическая и необходимая производительности смесителя, кг/с; Уф и Узоот - фактическая и максимально до-
Nуд. -
пустимая неоднородность смеси
удельная энергоемкость, Втс/кг.
Производительность смесителя за цикл определяется по формуле [1, 6, 7]:
п.б. Гп (2)
Q = ■
Т + т
см. всп.
где срн - коэффициент заполнения смесительной камеры; Упб. - объем камеры смешивания, м3; тсм - время смешивания, с; твсп. - время вспомогательных операций, с.
т
= n т
ц см
(3)
т.. -
где Пц - количество циклов, шт;
время, необходимое для прохождения частицей смеси по всему объему смесителя, с.
По расчетной схеме смесителя были определены выражения для определения основных конструктивно-технологических и режимных параметров.
Рис. 2. Общая расчетная схема шнеколопастного смесителя кормов
По расчетной схеме смесителя были определены выражения для определения основных конструктивно-технологических и режимных параметров.
Полезный объем смесителя [2, 6, 9]:
Уп.б. У'общ Ур.о. Уобщ ' фр , (4)
где ¥р,о, - объем рабочих органов, м ; Уобщ. - общий объем заполнения смесителя, м3; ф - коэффициент, учитывающий объем рабочих органов смесителя;
В = 4г + 28 + А, (11)
где г - радиус шнековой навивки, м; 8 -радиальный зазор, м; А - зазор между рабочими органами, м.
Рр =1"
V
р.0
V
(5)
общ.
Общий объем смесителя [2, 6, 7, 9]: Уобщ= V + У> + У3 (6)
где У - объем нижней части смесителя, определяемый высотой к1 (рис.
3 „
3), м ; У - объем средней части смесителя, определяемый высотой И2, м3; У3 -
объем верхней части смесителя, определяемый высотой И3, м3.
Объем нижней части смесителя найдем по выражению:
Рис. 3. К определению объема бункера смесителя
Теоретическое значение минимального времени прохождения смеси по всему объему смесителя:
(7)
~Tín(r + 28) %
Vi= 2L(——— %-К • (r + 28)• sin-) 360 2
Объем средней части смесителя:
V = 2£Г(Г + 28)2 (180 -%) +
2 360 (8)
+ К • (r + 28) • sin %)
Объем верхней части смесителя:
V = Lh3 B, (9)
где К = r + Ав - расстояние от конца
скругления до верхнего уровня смеси; Ав -величина верхнего активного слоя.
Окончательное выражение для определения полезного объема бункера смесителя имеет вид:
= p-[2(-(r + 28)2 % + (*(r + 28)2 (180-%)) + d.a. 360 360
+ ^ (4r + 28 +А)]
где L - длина бункера, м; В - ширина бункера смесителя, м.
Ширина бункера определяется выражением:
= 2('
Zm + Znm1 +Tn + Tnm2 + Тл
),
(12)
(10)
где тш - время нахождения компонента смеси на шнековом участке, с; тпт и тпт2 -время нахождения смеси на шнеколопастном участке, с; тп - время нахождения смеси в подпоре; тл - время нахождения смеси на лопастном участке, с.
Из условия исключения застойных зон в смесителе [6]:
*2г = Qd.n1 + QdiadЖ = ОаЪ2 + Qd^d = Që. (13)
где Qш, Qпml, Qпт2, Ол - производительности шнекового участка, первого и второго участков перемешивающе-транспортиру-ющих лопаток, участка перебрасывающих лопастей соответственно, кг/с; Оподпора - величина подпора, кг/с; Опер - величина переброса смеси на втором участке перемешива-юще-транспортирующих лопаток, кг/с.
Зная выражения для производительно-стей всех участков и с учетом выражений (12) и (13) можно записать:
Т
см
_шт л
т = 2
см (
л(Я2 ,-г2 ,)фпт2-Ь , • (соба ,)• п ,-I ,-р-кп
V пт. 2 пт. 2/Т н пт. 2 V пт.2/ пт.2 пт. 2 ' л
(ж(Я\ - г2 ,)фпт -Ь ,-(соБа ,)-п .-I ,-р-кпт2) + (л(^2 , - г2 ,)ф"т2-Ь ,-(Бша ,)• п -I ,-р-кпт2)
V пт. 2 пт. ' н пт. 2 V пт. 2' пт.2 пт2 ' л ' у у пт. 2 пт. 2'Т н пт. 2 V пт. пт. 2 пт. 2 ' л '
т
т
0,25-л-Ь2 -й2) -а -г -Бта (соБа -/Бта )-р-тш 0,25-Ь -л-тл-п -1 (Б2 -й2)-р-кл
' V ш ш / ш С С V С ^ С ' ' > н ' л г н л л V л л ' I л
т
л(Я2 ,-г2,)фпт1-Ь .-(соБа ,)-п .-I ,-р-кп
V пт. 1 пт. 1/Т н пт. 1 V пт. 1/ пт. 1 пт. 1 ' л
Фн +
т
(л(Я22 , - г 2,)фпт2-Ь , - (соб а ,)-п ,-1 ,-р-кпт2) + (л(й2 - г2 ,)фпт2-Ь ,-(Бша ,)-п ,-1 ,-р-кпт2)
V V пт.2 пт. 2// н пт. 2 V пт.2/ пт.2 пт. 2 ' л / V V пт.2 пт.2'т н пт.2 V пт.2/ пт.2 пт2 ' л /
+
+
+
где да - масса загруженного корма, кг; и - диаметры соответственно шнека и его вала, м; аш - угловая скорость шнековой навивки, с-1; г - средний радиус шнековой навивки, м; ас - средний угол развертки шнековой навивки, град.; Ят.Р ^ ^ г»1 - максимальный и минимальный радиус переме-шивающе-транспортирующей лопатки соответственно на первом и втором участках, м; / - коэффициент трения; р- объемная масса
корма, кг/м3; тТ тТ1 Ж ф - коэффициент наполнения смесителя соответственно на первом и втором участках перемешивающе-транспортирующих лопаток, на участке перебрасывающих лопастей и шнековом участке; апш¡, апш2 - угол установки перемешива-юще-транспортирующих лопаток к продольной оси смесителя соответственно на первом
и втором участках, град; Ъпт,Ъпт,2 - ширина перемешивающе-транспортирующих лопаток соответственно на первом и втором участках, м; ппш ¡, ппт2 - частота вращения вала смесителя соответственно на первом и втором участках, с-1; гпт ¡, гпт2 - число переме-шивающе-транспортирующих лопаток расположенных в одном поперечном сечении соответственно на первом и втором участках, шт.; к™1, к™1 - коэффициент, учитывающий обтекание лопасти смешиваемой массой соответственно на первом и втором участках перемешивающе-транспортирующих лопаток; Ъл - ширина лопасти, м; пл - частота вращения вала смесителя на лопастном участке, с-1; гл - число перебрасывающих лопастей, шт.; Ьлл12, йлл12- максимальный и минимальный диаметр лопастей соответственно, м.
Общая производительность смесителя:
л(г + 28)1 л(г + 28)1 0 = 1 фЖ -[2( \^2 ) х + ( ( „.2 ) (180-х)) + Аз(4г + 28 + Д)],
360
2п„
360
Л(К1т 2 - г1пт 2 )ФГ 2 ' Ьпт. 2 ' (с°Б О». 2 ) - п„. 2 ' 1«т. 2 р-к',
(Л(Я1 2 - &2 )фТ2 - Ь^т.2 - (СоБ ^ 2 ) - п„2 - I» 2 - р - к^2 ) + (Л (^2 - £ 2 2 - Ь„т 2 - (8Ш а„т 2 ) - г - 1„„. 2 - р - к^2 )
0,25 -л-(Б2 - й2 )-а -г -Бта (соБа - { Б1па )- р-фш + 0,25- Ь -л-т1 -п -I (Б2 - й2)- р - к
> \ ш ^/ш с ^ ^^ с' г Тн > л т н л л^л л ' г л
кл ,
л /
т
,-г ,)ф*т -Ь ,-(соБа ,)■ п -I ,-р-к
^ пт.1 «т.к т н пт.1 ^ «т.к пт.1 ит.1 > л
^.ит.1
л
т
(Л(^1 2 - г„2„. 2 )Фн"". 2 ■ Ь„. 2 ■ (соБ а„„. 2 ) - п^ г - I„„. 2 - р - к7'' ) + (Л 2 - г„2„. 2 Ж". 2 - Ь„„. 2 - (Б1П а^ 2 ) ■ пт г - I„„. 2 - р - кл*т 2 )
+ Т
т
т
+
+
+
+
Производственная проверка смесителя, проведенная в условиях колхоза-племзавода им. Ленина Тамбовской области, показала эффективность предлагаемого смесителя, который имеет следующие технические ха-
рактеристики: объем порции - 0,33 м3; производительность - до 3 т/ч; установленная мощность - 4,4 кВт; частота вращения рабочих органов - 0,85 с-1; масса - 420 кг; габаритные размеры 2700х1060х1710 мм [1, 3, 6].
Литература:
1. Ведищев С.М., Хольшев Н.В. Исследование влияния конструктивно-режимных параметров шнеколопаст-ного смесителя на его качественные показатели // Вопросы современной науки и практики. 2011. №3.
2. Ведищев С.М., Хольшев Н.В. Исследование конструктивных параметров шнеколопастного смесителя // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России. Пенза, 2011. Т. 2. С.126-127.
3. Ведищев С.М., Хольшев Н.В. Исследование рациональных конструктивно-режимных параметров шнеколопастного смесителя // Материалы международной науч.-практ. конф. Саратов, 2011. С. 25-27.
4. Обоснование конструкции смесителя по типу рабочего органа / Ведищев С.М. и др. // Сб. тр. МичГАУ. Мичуринск, 2009. С. 165-167.
5. Ведищев С.М., Хольшев Н.В., Прохоров А.В. Смеситель сухих рассыпных кормосмесей // Вопросы современной науки и практики. 2012. №4. С. 326-328.
6. Ведищев С.М., Хольшев Н.В. Теоретическое исследование влияния конструктивно-режимных параметров шнеколопастного смесителя на его производительность // Вестник МичГАУ. 2011. №2. С. 23-26.
7. Изучение смесителей кормов. Тамбов, 2014.
8. Система технологий и машин для механизации и автоматизации производства продукции животноводства и птицеводства на период до 2020 года / Ю.А. Иванов и др. М., 2013. 224 с.
9. Обоснование конструктивно-технологической схемы делителя потока сыпучих материалов с изменяемым соотношением расходов отводимых потоков / Н.П. Тишанинов и др. // Наука в центральной России. 2013. №6. С. 15-21.
Literatura:
1. Vedishchev S.M., Hol'shev N.V. Issledovanie vliyaniya konstruktivno-rezhimnyh parametrov shnekolopast-nogo smesitelya na ego kachestvennye pokazateli // Voprosy sovremennoj nauki i praktiki. 2011. №3.
2. Vedishchev S.M., Hol'shev N.V. Issledovanie konstruk-tivnyh parametrov shnekolopastnogo smesitelya // Vklad molodyh uchenyh v innovacionnoe razvitie APK Rossii. Penza, 2011. T. 2. S.126-127.
3. Vedishchev S.M., Hol'shev N.V. Issledovanie racional'-nyh konstruktivno-rezhimnyh parametrov shnekolopast-nogo smesitelya // Materialy mezhdunarodnoj nauch.-prakt. konf. Saratov, 2011. S. 25-27.
4. Obosnovanie konstrukcii smesitelya po tipu rabochego organa / Vedishchev S.M. i dr. // Sb. tr. MichGAU. Michurinsk, 2009. S. 165-167.
5. Vedishchev S.M., Hol'shev N.V., Prohorov A.V. Smesi-tel' suhih rassypnyh kormosmesej // Voprosy sovremennoj nauki i praktiki. 2012. №4. S. 326-328.
6. Vedishchev S.M., Hol'shev N.V. Teoreticheskoe issledovanie vliyaniya konstruktivno-rezhimnyh paramet-rov shnekolopastnogo smesitelya na ego proizvoditel'nost' // Vestnik MichGAU. 2011. №2. S. 23-26.
7. Izuchenie smesitelej kormov. Tambov, 2014.
8. Sistema tekhnologij i mashin dlya mekhanizacii i avto-matizacii proizvodstva produkcii zhivotnovodstva i pti-cevodstva na period do 2020 goda / YU.A. Ivanov i dr. M., 2013. 224 s.
9. Obosnovanie konstruktivno-tekhnologicheskoj skhe-my delitelya potoka sypuchih materialov s izmenyae-mym sootnosheniem raskhodov otvodimyh potokov / N.P. Tishaninov i dr. // Nauka v central'noj Rossii. 2013. №6. S. 15-21.
THE DRY LOOSE FODDER MIXURES' MIXING TECHNICAL PROCESS AND DEVICE'S DEVELOPMENT N.V. Holshev, assistant
S.M. Vedischev, candidate of technical sciences, associate professor
N.O. Milyukov, post graduate student
M.A. Garina, magistrant
V.V. Sorokin, magistrant
FGBNU VPO "Tambov state technical university"
Abstract. Complete fodder mixtures' feeding is one of the ways of the animal origin products import substitution task's solving. The mixtures preparation with the available components by small-sized combined feed's units on the some farm is economically profitable. The base of the such feed units's perfection is the energy consumption's reducing while the mixture quality keeping in accordance with zootechnical requirements. Clarified feed mixers' classification allowed to clear, that the most promising are the periodic action's universal slow-speeded mixers with two horizontal screw blades of working bodies with alternative section. These mixers provide the process's intensification and mixing time's reducing by the feed components' movement inside the hopper orderly organization. The mixer contains a carcass in which are placed two counter-transporting mixing body, each of which consists of two parts. Part are rotating in the opposite directions and have autonomous drives. In the first part under the spiral winding and mixing-trans-porting blades' action the components are moved along the working body with an offset to the lateral wall of the hopper. In the second part of the working body under the mixing-transporting blades' action of the components that are moved along the working body and partly thrown on the second working body. The second working body operates similarly. The efficiency of the mixer's working is estimated by the mixture's heterogeneity and unit costs of energy. The mixer's performance is determined by the mass of the portion, that depends on the hopper's useful volume and the time of cycle. The cycle time is determined from the stagnant zones absen-ce's condition on the working body's sections and depends on the constructive-regime parameters of the mixer and feed's physic-mechanical properties. Operational tests have confirmed the proposed mixer's effectiveness. Keywords: time of cycle, foddder mixture, volume, productivity, mixer, screw bladed.
