CC BY
11
presented the results of experiments to determine the physical and mechanical properties of УДК 631.363.7
sprouted grains.
Keywords: grain, technology line, issue of food.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СПИРАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ-КОНВЕЙЕРА
В.В. Коновалов, доктор технических наук, профессор Пензенский государственный технологический университет
A.С. Фомин, аспирант
B.П. Терюшков, канд. техн. наук, доцент
А.В. Чупшев, канд. техн. наук, ст. преподаватель Пензенская государственная сельскохозяйственная академия E-mail: konovalov-penza@rambler.ru
Представлены результаты исследований спирально-винтового смесителя-конвейера по выявлению влияния его конструктивно-кинематических параметров на качество смеси, мощность его привода и энергоемкость смесеобразования. Обоснованы значения параметров: диаметр прутка, шаг спирали и частота вращения винта смесителя. Ключевые слова: смеситель, конвейер, спираль, качество смеси, неравномерность смеси, энергоемкость смесеобразования.
Обеспечение сельскохозяйственных животных необходимым количеством качественных кормов требует приготовления комбикормов полнорационных или комбикормов-концентратов. В процессе комбикормового производства компоненты приготавливаемой смеси как транспортируют, так и перемешивают.
Как правило, существующие смесители предназначены только для перемешивания компонентов смеси [1-8]. Для совмещения указанных операций разработан смеситель-конвейер концентрированных кормов [9], рабочий орган которого представляет собой прутковую спираль, размещенную внутри кожуха диаметром 100 мм и опирающуюся прутковыми упорами на продольный опорный вал.
Для обоснования оптимальных значений конструктивно-кинематических параметров
произведены соответствующие исследования.
Учитывая, что производительность Q=0,41 кг/с [10] обеспечивает работу смесителя-конвейера при всех значениях исследуемых показателей (шаг винта спирали - 50180 мм, диаметр прутка спирали - 5,0-8,0 мм, частота вращения винта спирали - 150420 мин-1), данную производительность фиксируем на постоянном уровне при проведении исследований спирально-винтового смесителя-конвейера в режиме работы - смешивания. Процесс приготовления смеси исследовался на приготовлении смеси из пшеничной и ячменной дерти при соотношении 1:1 и при добавлении в качестве контрольного компонента зерна ячменя в количестве 1% от образуемой смеси. Масса пробы 100 г при их количестве - 20 шт. Обработка результатов эксперимента осуществлялась программами Statistica и Excel, построение двумерных сечений поверхностей откликов - Mathcad.
После обработки полученных данных экспериментов получено уравнение регрессии мощности второго порядка, Вт: W = 200,5603+20,52094d-1,0454S-0,64118n-0,01763dS+0,013245dn+0,000538s n-1,28486d2 +0,004326S2+0,001058n2 (1)
Коэффициент корреляции - R=0,96658. Б-тест=0,86371. Учитывая низкие значения F-теста, уравнение второго порядка неадекватно описывает опытные данные, тем са-
мым, к сожалению, данное выражение не может использоваться.
Получены опытные данные коэффициента вариации (неравномерность смеси) содержания контрольного компонента в пробах. Неравномерность смеси описывается выражением, %:
V = 93,4168-9,0915й+0,4375488-0,33113п-0,00276Ф8-0,003296Фп-0,000668п+ 0,820084£+0,00045782+0,0004743п2 (2) Коэффициент корреляции - Я=0,99853. Б-тест=0,99407. Уравнение второго порядка адекватно описывает опытные данные.
Анализ поверхности отклика (рис. 1) полученного выражения позволяет определить оптимальные параметры смесителя-конвейера. Наименьшее значение коэффициента вариации содержания контрольного компонента в пробах соответствует диаметру прутка спирали 6,5 мм и частоте вращения спирали рабочего органа около 400 мин-1. Шаг витка спирали при этом должен быть около 50 мм.
Однако, учитывая, что уменьшение шага спирали снижает производительность устройства [10], использовать данный показатель с малым шагом нерационально. Уменьшение шага приводит к увеличению количе-
-1
ства воздействий спирали на материал, повышая качество смеси. Однако при этом будет снижаться скорость осевого перемещения массы, что уменьшает производительность устройства, и это скажется на энергоемкости смесеобразования.
Тонкая (менее 6,5 мм) спираль не обеспечивает достаточного смещения слоев материала, а увеличение диаметра более 6,5 мм способствует образованию «пробки», которая перемещается без внутреннего перемешивания слоев материала.
С ростом частоты вращения до 400 мин качество смеси улучшается. Причина этого -увеличение турбулентности движения частиц. Дальнейшее увеличение частоты вращения приводит к частичному уравновешиванию центробежных сил и сил тяжести, что ухудшает ссыпание частиц и прекращает улучшение качества смеси.
В результате обработки полученных данных в процессе эксперимента получены значения энергоемкости смешения. Уравнение регрессии энергоемкости запишется: У = 489,1715+50,05107а-2,549748-1,56386п-0,0429961Ы\Ъ+0,032304йп+0,001312^Ъп-
3,1338d2+0,010551S2+0,00258n2
(3)
100 150
п 340 б)
Рис. 1. Двумерные поверхности отклика неравномерности смешивания v (%) от:
а) частоты вращения п (мин-) и диаметра прутка спирали d (мм) при S=50, 120, 170 мм; б) шага спирали S (мм) и диаметра прутка спирали d (мм) при п=270, 340, 410 мин-1
Коэффициент корреляции - Я=0,96658, Б-тест=0,86372. Учитывая низкие значения Б-теста, уравнение второго порядка неадекватно описывает опытные данные.
Полученная модель позволяет лишь выявить общие тенденции изменения энергоемкости. С увеличением диаметра прутка спирали и частоты вращения рабочего органа энергоемкость возрастает. Наименьшая энергоемкость смешения соответствует шагу витка спирали 100-120 мм.
В результате обработки результатов эксперимента производилось получение уравнения регрессии для корректированной энергоемкости [Ук=У/(100-у)]. Корреляционный анализ полученных данных по мощности не показал четкой линейной зависимости исследуемых факторов на корректированную энергоемкость (рис. 2, 3), поэтому используем уравнение второго порядка. После подстановки числовых значений коэффициентов уравнение регрессии запишется:
й а
Ук = 1840,637-1,46269й-0,312418-8,3993п-0,01694975а8-0,00423485ап-0,012598п+ 2,326159а2+0,03605882+0,01352п2 (4)
Коэффициент корреляции - Я=0,99175, Б-тест=0,96664. Наименьшая энергоемкость Ук соответствует частоте вращения 340-350 мин-1. С увеличением частоты вращения оптимум шага спирали смещается от 50 к 80 мм. При этом величина энергоемкости в интервале шага 50-120 мм существенно не изменяется. Увеличение диаметра прутка от 5 мм до 8 мм (на 60%) незначительно влияет на энергоемкость процесса (рост с 450 Дж/кг до 550 Дж/кг - 18%).
Анализируя ранее полученные результаты, можем выбрать как рациональные значения следующие параметры: частота вращения 340 мин-1 (оптимально по энергоемкости), диаметр прутка спирали 6,5 мм (оптимально по неравномерности смешивания).
6-
\ \ \\ \ 430 \\\
\ \ \ \ , \ 400 \ 420 \ 440 \ \ \
370 380 390 N 410 \ XV
360 \ \\\ \ 400^ \ 430 \ 420\ \ \ \
—350 360 370 380 390 \ х \\\\ 410\ XV
250 У
300 350
й := 120 а)
400
б)
200-
100
а 5
в)
Рис. 2. Двумерные поверхности отклика энергоемкости Y (Дж/кг) от:
а) частоты вращения п (мин-1) и диаметра прутка спи- спирали d (мм); в) частоты вращения п (мин-1) и шага ради с1 (мм); б) шага спирали 8 (мм) и диаметрпрутка спирали 8 (мм)
Ук 1 * Ук Л 6.5 ¥1 'I « Д)
Рис. 3. Двумерные поверхности отклика корректированной энергоемкости Ук (Дж/кг): а) от частоты вращения п (мин-1) и диаметра прутка спирали d (мм); б) от частоты вращения п (мин-1) и шага спирали 8 (мм)
В зависимости от требуемой производительности устройства шаг прутка может изменять значения. Если устройство используется только как смеситель, то при использовании диаметра прутка 5 мм и производительности 0,41 кг/с (1,5 т/ч) рационален шаг 50 мм.
При использовании устройства в режиме смесителя-конвейера требуется по возможности большая производительность. Тогда при диаметре прутка 6,5 мм считаем рациональным шаг спирали 120 мм, обеспечивающий при свободной загрузке материала производительность до 1,3 кг/с (4,7 т/ч).
Литература:
1. Сыроватка В.И. Ресурсосбережение при производстве комбикормов в хозяйствах // Техника и оборудование для села. 2011. №6. С. 22-25.
2. Результаты лабораторных исследований смесителя для получения сухих концентратов / В.В. Коновалов и др. // Вестник МГАУ. 2007. №1. С. 52-54.
3. Мобильный раздатчик для сухих и жидких кормов / С.В. Гусев и др. // Молочное и мясное скотоводство. 2003. №1. С. 23-24.
4. Сыроватка В.И. Новые технические решения приготовления комбикормов в хозяйствах // Кормопроизводство. 2010. №7. С. 42-45.
5. Коновалов В.В. Обоснование расположения распылителей компонентов в смесительных устройствах // Достижения науки и техники АПК. 2004. №2. С. 28.
6. Курочкин А.А. Устройство для внесения жира в концентрированные корма // Механизация и электрификация с. х. 2002. №5. С. 12-13.
7. Иноземцева Л.В., Коновалов В.В. Увлажнитель кормов для малых ферм // Техника в с.х. 2003. №5. С. 38.
8. Коновалов В.В. Снижение энергоемкости увлажнения концентрированных кормов // Энергообеспечение и энергосбережение в с.х. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2002.
9. Спирально-винтовой смеситель-конвейер / В.В. Коновалов и др. // Сельский механизатор. 2012. № 7.
10. Аналитическое определение производительности винтового смесителя-конвейера / В.В. Коновалов и др. // Нива Поволжья. 2014. №1. С. 63-70.
11. Сыроватка В.И. Машинные технологии приготовления комбикормов в хозяйствах. М., 2010.
The results of studies of spiral-screw mixer-conveyor to identify the impact of its construction-kinematic parameters on the quality of the mixture, the power of its drive and energy intensity of mixing. Substantiated parameters: wire
diameter, the pitch of the helix and the frequency of rotation of the screw mixer.
УДК 664.002.5
Keywords: mixer, conveyor, spiral, the quality of the mixture, a mixture of non-uniformity, the energy intensity of mixing.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВИБРОКОНВЕЙЕРА ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЗЕРНА
В.В. Коновалов, доктор технических наук, профессор В.П. Терюшков, кандидат технических наук, доцент А.В. Чупшев, кандидат технических наук, ст. преподаватель Е.В. Паужолис, аспирант
Пензенская государственная сельскохозяйственная академия E-mail: tvp141@mail.ru
Представлены результаты исследований виброконвейера по выявлению влияния параметров мешалок, установленных по длине виброконвейера, на производительность устройства, мощность его привода, температуру нагрева поверхности зерен и энергоемкость подачи зернового вороха. Ключевые слова: обеззараживание зерна, виброконвейер, частота вращения, мешалка.
При использовании фуражного зерна в качестве корма, оно должно соответствовать, кроме прочего, гигиеническим требованиям на зараженность микрофлоры и содержание ядовитых продуктов их жизнедеятельности. Для устранения зараженности фуражного зерна требуется провести его обеззараживание. Для обеззараживания зерна от обсеменности микрофлорой применяют разные способы: химические, термические, электрофизические (УФ, ИК-излучение) и прочие [1-9].
Одним из подобных перспективных способов обеззараживания зерна является его облучение инфракрасным или ультрафиолетовым излучением, что позволяет, кроме уничтожения микрофлоры, расположенной на поверхности зерновки, в случае усиления
воздействия излучения еще прогреть внутреннюю структуру зерна для улучшения усвоения питательных веществ. При интенсивном воздействии излучения возможна также мик-ронизация зерновки, обеспечивая, тем самым, получение нового продукта.
Для подобной обработки зерна разработано устройство термического обеззараживания зерна (рис. 1). Оно состоит из рамы (на рис. не показано), установленного на ней виброконвейера, состоящего из виброскатной доски 5 и вибратора 4, накопительного бункера 1, лопастного дозатора-питателя 2. Над виброскатной доской виброконвейера установлены последовательно несколько лопастных ворошителей 7. К днищу кожуха и над виброскатной доской установлены на-
8 9
излучатель; 4 - вибратор; 5 - вибродоска; 6 - нагревательный элемент; 7 - ворошитель; 8 - шарнирная
