CC BY
22
УДК 631.363.7
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СМЕСИТЕЛЯ
СУХИХ КОРМОВ
В.В. Коновалов, доктор технических наук А.В. Чупшев, кандидат технических наук М.В. Фомина, аспирант ФБГОУ ВО Пензенская ГСХА E-mail: [email protected]
Аннотация. Представлены результаты исследований вертикального лопастного смесителя периодического действия с дополнительно установленными на радиальных лопастях лопатками, его рабочий процесс и результаты интерполяционных исследований смесителя по выявлению влияния частоты вращения его мешалки и количества лопастей с дополнительно установленными лопатками на качество сухой смеси, затрачиваемую мощность привода, энергоемкость смесеобразования, а также скорректированную энергоемкость смешения с учетом равномерности смеси. Указанные показатели по результатам эксперимента описываются уравнениями второго порядка. Обоснованы рациональные значения параметров: количество лопастей - до 6 шт., частота вращения мешалки смесителя - до 400 мин-1. При этом затрачиваемая мощность не превышает 2,2 кВт, т.е. установленной мощности. Для определения зоны работоспособности смесителя требуется установить интервал соблюдения зоотехнических требований по доле добавок в составе смеси и потребную длительность смешения.
Ключевые слова: комбикорм, лопастная мешалка, лопасти с лопатками, качество смеси, неравномерность смеси.
Увеличение продуктивности сельскохозяйственных животных требует обеспечения их необходимым количеством качественных полнорационных кормов. Этим требованиям удовлетворяют комбикорма [1-5].
Для снижения себестоимости производства комбикормов в хозяйствах используют покупные БВМД или премиксы и дерти собственного фуражного зерна. В ряде случаев вносятся также и лекарственные препараты [6,7,8].
Для внесения указанных добавок в большие объемы корма следует приготовить предварительную смесь, которая быстрее равномерно распределится в основном объеме кормовых компонентов - наполнителе [9].
Для приготовления предварительных смесей разработан смеситель [10,11] периодического действия (рис. 1) с лопастной мешалкой. Лопасти 4 мешалки плоские, установлены радиально и имеют наклон а=45° для подъема материала при своем движении. На краях лопастей установлены лопатки 3, обеспечивающие активный подъем смеси
возле стенок смесительной емкости 2. 6 - подшипниковая опора нижняя
В результате избыточный объем смеси скатывается вниз к валу 1 с крепежной втулкой 5 мешалки.
Рис. 1. Схема размещения лопастей в смесительном аппарате: 1 - вал приводной; 2 - емкость смесительная; 3 - лопатка; 4 - лопасть радиальная мешалки; 5 - втулка крепежная мешалки;
Journal of VNIIMZH №4(24)-2016
103
Под действием центробежных сил частицы смеси вновь движутся к стенкам смесительной емкости 2. Ускорение циркуляции смеси в радиальной плоскости способствует ускоренному равномерному распределению добавок по объему смеси. Для обоснования рациональных значений частоты вращения мешалки и количества ее лопастей произведены соответствующие исследования [10,11]. При этом производилось контролирование неравномерности смеси v (коэффициент вариации содержания контрольного компонента в пробах), затрачиваемой мощности N привода, энергоемкости смесеобразования Y, а также скорректированной энергоемкости Yk смешения с учетом равномерности смеси: Г, = Г/(1 - v/100). (1)
Контрольным компонентом являлись зерна ячменя, вводимые в количестве 1% от массы приготавливаемой смеси. Масса пробы 100 г, количество проб - 20 шт. Наполнитель - дерти пшеничная и ячменная при соотношении 1:1. Плотность смеси 720 кг/м3. Исходя из априорной информации [11-15], длительность смешения составляла 120 с. Мощность установленного электродвигателя смесителя - 2,2 кВт. На время проведения исследований установлен электродвигатель мощностью 4 кВт. Обработка результатов эксперимента осуществлялась программами Statistica и Excel, построение двумерных сечений поверхностей откликов - Mathcad.
После обработки полученных данных экспериментов выведено уравнение регрессии второго порядка неравномерности смешивания v, % (рис. 2):
v = 19,85675 + 3,14050Z - 0,00952п --0,07988Z2 + 0,00003n2 - 0,00629Z • п, (2) где Z - количество лопастей мешалки, шт.; n - частота вращения мешалки, мин-1.
Получено уравнение регрессии второго порядка мощности, Вт (рис. 3): N = -1652,78 + 141,22Z + 11,73п -
-11,25Z2 - 0,01n2 + 0,34Z • п (3)
Получено уравнение регрессии второго порядка энергоемкости Y, Дж/кг (рис. 4): Y = -14026,4 + 1198,4Z + 99,5п -
95,5Z2-0,1n2 + 2,9Z^n (4)
Рис. 2. Двумерное сечение поверхности отклика
коэффициента вариации V в зависимости от частоты вращения п и количества лопастей Z
Рис. 3. Двумерное сечение поверхности отклика
затрачиваемой мощности N в зависимости от частоты вращения п и количества лопастей Z
Рис. 4. Двумерное сечение поверхности отклика
энергоемкости смешения У в зависимости от частоты вращения п и количества лопастей Z
Получено уравнение регрессии второго порядка скорректированной энергоемкости Ук с учетом равномерности смеси, Дж/кг (рис. 4):
Ук = -20857,8 + 1921,57 + 145,6п -
-91,9г2 - 0,1 п2 + 1,4г • п (5)
Графический анализ результатов интерполяционного исследования установил, что на изучаемом интервале значений параметров работы мешалки отсутствует экстремум, т.е. нет оптимальных значений. Так как данные априорной информации [11-15] также свидетельствуют об отсутствии экстремумов: качество смеси описывается показательной функцией, мощность - степенной, потребное время смешения - гипербола, то и их производная - энергоемкость также может не иметь экстремума. В таком случае оптимальные значения отсутствуют в принципе. Требуется определиться с рациональными значениями.
\ 440
\ 2.5-10 1 \ \ 1 \ \ 3.5-1.0 \
V 4 V л , 2-104 2.5*10 \ \ \ 3 Ш4 3.5-104 \ \
4 -—I--г-—I—
300 400 500
Тк
Рис. 5. Двумерное сечение поверхности отклика скорректированной энергоемкости смешения Ук в зависимости от частоты вращения п и количества лопастей Z
Существует ряд ограничений. Установленная мощность двигателя N=2,2 кВт. Соответственно, затрачиваемая мощность должна соответствовать данному значению. При этом энергоемкость У должна стремиться к минимуму. Качество смеси: неравномерность смешивания V <10%. Данное условие не обеспечивает выбранная зона параметров.
В таком случае следует либо расширить зону исследований данных параметров, либо определиться с зоной работоспособности смесителя по технологическим параметрам. Доля контрольного компонента согласно СТО АИСТ-2008 составляет 1%, а комбикорм приготавливается на основе БВМД, доля которой в составе комбикорма 10-20%. В таком случае обоснованные параметры следует дополнительно проверять на работоспособность по зоне меньшего - контролируемого параметра и уточнять длительность смешения.
С учетом сказанного произведем анализ представленных графиков. С увеличением частоты вращения мешалки (рис. 2) качество смеси улучшается. От 250 до 450 мин-1 количество лопастей практически не влияет на качество смеси. Возле нижней границы рост числа лопастей снижает качество смеси, а возле верхней границы указанного интервала - улучшает качество смеси.
С увеличением частоты вращения (рис. 3) затраты мощности повышаются. До 400 мин-1 количество лопастей практически не влияет на мощность. При большей частоте рост числа лопастей повышает затраты мощности. Существующие тенденции показывают, что изменение изучаемых параметров мешалки не позволит соблюсти указанную мощность.
Тенденции энергоемкости исходной (рис. 4) и скорректированной в целом совпадают (рис. 5). Наложение (рис. 4) значений качества смеси (у=24%, у=23%) и мощности (N=2,2 кВт) позволяет анализировать одновременно данные показатели с энергоемкостью У. Изменение числа лопастей (6-8 шт.) при »«330...340 мин-1 не влияет на качество смеси, на мощность привода и крайне незначительно (в пределах ошибки) влияет на энергоемкость. С уменьшением числа лопастей (до 4 шт.) незначительно снижаются мощность, энергоемкость, несущественно улучшается качество смеси.
Таким образом, потребная частота вращения мешалки смесителя составляет 330. 370 мин-1, количество лопастей - не более 6 шт. При этом затрачиваемая мощность не превышает 2,2 кВт, т.е. установленной мощ-
Лоигпа! оГ VNIIMZH №4(24)-2016
105
ности. Для определения зоны работоспособности смесителя потребуется установить интервал соблюдения зоотехнических требований по доле добавок в составе смеси и потребную длительность смешения.
Литература:
1. Сыроватка В.И. Ресурсосбережение при производстве комбикормов в хозяйствах // Техника и оборудование для села. 2011. №6. С. 22-25.
2. Устройство для внесения жира в концкорма // Механизация и электрификация с.х. 2002. №5. С. 12-13.
3. Иноземцева Л.В., Коновалов В.В. Увлажнитель кормов для малых ферм // Техника в с.х. 2003. №5.
4. Коновалов В.В. Концентрированные корма обогащенные жиром // Сельский механизатор. 2003. №1.
5. Производство премиксов в условиях хозяйства / В. Пахомов и др. // Комбикорма. 2005. №5. С. 24-25.
6. Мухин В.А. Механизация приготовления кормов. Саратов: СГСХА, 1994. 186 с.
7. Иванов Ю.А. Новые технологии в животноводстве // Техника и оборудование для села. 2010. №1. С. 36.
8. Сыроватка В.И., Обухова Н.В., Комарчук А. С. Новые технические решения приготовления комбикормов в хозяйствах // Кормопроизводство. 2010. №7.
9. Оптимизация параметров смесителя по минимуму энергоемкости перемешивания / А.В. Чупшев и др. // Известия Самарской ГСХА. 2009. №3. С. 72-76.
10. Коновалов В.В. Моделирование подачи материала при разгрузке вертикального смесителя // 21 век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2014. №6.
11. Моделирование изменения равномерности смеси при ступенчатом смешивании / В.В. Коновалов и др. // Нива Поволжья. 2013. №3(28). С. 77-83.
12. Стукалкин Ф.Г. Исследование кормосмесителей непрерывного действия и методика их расчета: авто-реф. дис. канд. техн. наук. Л., 1965. 21 с.
13. Исследование процесса смешивания сыпучих кормов в псевдоожиженном слое: дис. к. т. н. М., 1996.
14. Аналитическое определение производительности винтового смесителя-конвейера / В.В. Коновалов и др. // Нива Поволжья. 2014. №1(30). С. 63-70.
15. Моделирование процесса непрерывного приготовления смеси смесителем-дозатором экструдера / В.В. Коновалов и др. // Известия СГСХА. 2013. №3. С. 72. Literatura:
1. Syrovatka V.I. Resursosberezhenie pri proizvodstve kombikormov v hozyajstvah // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2011. №6. S. 22-25.
2. Ustrojstvo dlya vneseniya zhira v konckorma // Mekha-nizaciya i ehlektrifikaciya s.h. 2002. №5. S. 12-13.
3. Inozemceva L.V., Konovalov V.V. Uvlazhnitel' kormov dlya malyh ferm // Tekhnika v s.h. 2003. №5.
4. Konovalov V.V. Koncentrirovannye korma obogash-chennye zhirom // Sel'skij mekhanizator. 2003. №1.
5. Proizvodstvo premiksov v usloviyah hozyajstva / Pa-homov V. i dr. // Kombikorma. 2005. №5. S. 24-25.
6. Muhin V.A. Mekhanizaciya prigotovleniya kormov. Saratov: SGSKHA, 1994. 186 s.
7. Ivanov YU.A. Novye tekhnologii v zhivotnovodstve // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2010. №1. S. 36.
8. Syrovatka V.I., Obuhova N.V., KomarchukA.S. Novye tekhnicheskie resheniya prigotovleniya kombikormov v hozyajstvah // Kormoproizvodstvo. 2010. №7.
9. Optimizaciya parametrov smesitelya po minimumu ehnergoemkosti peremeshivaniya / A.V. CHupshev i dr. // Izvestiya Samarskoj GSKHA. 2009. №3. S. 72-76.
10. Konovalov V.V. Modelirovanie podachi materiala pri razgruzke vertikal'nogo smesitelya // 21 vek: itogi prosh-logo i problemy nastoyashchego plyus. 2014. №6.
11. Modelirovanie izmeneniya ravnomernosti smesi pri stupenchatom smeshivanii / V.V. Konovalov i dr. // Niva Povolzh'ya. 2013. №3(28). S. 77-83.
12. Stukalkin F.G. Issledovanie kormosmesitelej neprery-vnogo dejstviya i metodika ih rascheta: avtoref. dis. kand. tekhn. nauk. L., 1965. 21 s.
13. Issledovanie processa smeshivaniya sypuchih kormov v psevdoozhizhennom sloe: dis. k. t. n. M., 1996.
14. Analiticheskoe opredelenie proizvoditel'nosti vintovo-go smesitelya-konvejera / V.V. Konovalov i dr. // Niva Povolzh'ya. 2014. №1(30). S. 63-70.
15. Modelirovanie processa nepreryvnogo prigotovleniya smesi smesitelem-dozatorom ehkstrudera / V.V. Konovalov i dr. // Izvestiya SGSKHA. 2013. №3. S. 72.
THE RESULTS OF THE DRY FOOD MIXER RESEARCH V.V. Konowalov, doctor of technical sciences A.V. Chupshev, candidate of technical sciences M.V. Fomina, post-graduate student FBGOU VO Penza GSHA
Abstract. The results of the studies of periodic action's vertical blade mixer with vanes additionally installed on the radial blades, its working process and results of the mixer's interpolation research on the impeller's rotation frequency influence identifying and number of blades with vanes additionally set influence on dry mixture quality, required drive power, mixing formation energy capacity, and so as the drive power's corrected energy capacity of mixing taking into account the mixture uniformity are presented. The giving indicators by the experiment's results are described with the second order equations. The rational values of parameters: number of blades -are till 6, the mixer stirrer rotation's frequency- is till 400 min-1 are justified. At this the spent power does not exceed 2,2 kWt, that is fixed capacity. To determine the mixer's work-ability area it is required to set the interval of zootechnical requirements compliance for the share of additives in the mixture's components and the required duration of mixing. Keywords: combined feed, blades' stirrer, blades with the vanes, the mixture quality, the mixture non-uniformity.
