CC BY
15
УДК 631.363.7
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ДОЗИРОВАНИЯ СМЕСИ СМЕСИТЕЛЕМ-ДОЗАТОРОМ
В. В. Новиков, канд. техн. наук, профессор; Д. Н. Азиаткин, аспирант; А. Л. Мишанин, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», Самарская обл., г. Кинель, п. Усть-кинельский, Россия, т. 8(84663) 46-3-46, e-mail: aziatkin@mail. т
Смеситель-дозатор позволяет смешивать компоненты и одновременно подавать в экс-трудер готовую смесь, что исключает необходимость использования ряда дополнительных машин. В ходе теоретических исследований смесителя-дозатора определили влияние конструктивных параметров на основные показатели его работы: подачу, энергоёмкость. Исследование неравномерности дозирования, неравномерности смешивания, а также удельной энергоёмкости проводилось в ходе лабораторных исследований. Были получены данные, позволяющие выявить характер влияния каждого конструктивно-режимного параметра на изменение неравномерности дозирования, также представлены результаты лабораторных исследований неравномерности дозирования смеси смесителем-дозатором пресс-экструдера. Даны уравнения регрессии, позволяющие установить влияние конструктивно-режимных параметров на неравномерность дозирования. Приведена методика для осуществления отбора проб и обработки экспериментальных данных.
Ключевые слова: смеситель-дозатор, неравномерность дозирования.
Введение.
В связи с вступлением нашей страны в ВТО необходимо кардинальное перевооружение и переосмысление всего процесса производства продукции животноводства с целью его модернизации до мирового уровня, что невозможно без серьёзных научных разработок в этом направлении и готовности промышленности к их воплощению. Складывающиеся условия предопределяют внедрение современных энерго- и ресурсосберегающих технологий. В кормопроизводстве это прежде всего баро-термические способы обработки кормов и, в частности, экструдирование [2, 8, 9].
Целью исследований является обоснование параметров неравномерности дозирования смеси смесителя-дозатора пресс-экструдера.
Для усовершенствования процесса, с целью экструдирования смеси из различных фуражных культур в Самарской ГСХА на кафедре «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства» был разработан смеситель-дозатор пресс-экс-трудера. Смеситель-дозатор позволяет смешивать компоненты и одновременно подавать в экструдер готовую смесь, что исключает необходимость использования ряда дополнительных машин [6].
В соответствии с программой исследований проводились теоретические и экспериментальные исследования разработанного смесителя-дозатора. В ходе теоретических исследований смесителя-дозатора
определили влияние конструктивных параметров на основные показатели его работы: подачу, энергоёмкость. Исследование неравномерности дозирования, неравномерности смешивания, а также удельной энергоёмкости приводилось в лабораторных условиях.
Методика исследований.
При исследовании неравномерности дозирования ДQ смеси смесителем-дозатором на заданном режиме работы с ленточного транспортера, на котором имеются деления, равные временному интервалу 1 секунда, отбирали подряд 30 проб смеси, которые взвешивали с погрешностью до 1 % (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид лабораторной установки
Нива Поволжья № 3 (28) 2013 95
Таблица 1
Результаты эксперимента по исследованию неравномерности дозирования
№ Х0 Х1 Х2 Х3 Х 2 Х22 Х32 Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 Х1Х2Х3 ДОср, %
1 1 60 50 25 0,33 0,33 0,33 1 1 1 1,545
2 1 100 50 25 0,33 0,33 0,33 -1 1 1 1,722
3 1 60 180 25 0,33 0,33 0,33 -1 1 1 1,571
4 1 100 180 25 0,33 0,33 0,33 1 1,436
5 1 60 50 35 0,33 0,33 0,33 1 1 1,637
6 1 100 50 35 0,33 0,33 0,33 -1 1 1,291
7 1 60 180 35 0,33 0,33 0,33 -1 1 1,243
8 1 100 180 35 0,33 0,33 0,33 1 1 1 1 1,728
9 1 60 115 30 0,33 -0,67 -0,67 0 0 0 0 1,377
10 1 100 115 30 0,33 -0,67 -0,67 0 0 0 0 1,832
11 1 80 50 30 -0,67 0,33 -0,67 0 0 0 0 1,819
12 1 80 180 30 -0,67 0,33 -0,67 0 0 0 0 1,355
13 1 80 115 25 -0,67 -0,67 0,33 0 0 0 0 1,503
14 1 80 115 35 -0,67 -0,67 0,33 0 0 0 0 1,312
15 1 80 115 30 -0,67 -0,67 -0,67 0 0 0 0 1,429
Полученные дискретные значения массы порций обрабатывали методами математической статистики, определяли среднее значение, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации [1, 7]:
_\2
№ - х)
п-1
у=—100,
х
(1)
(2)
где х - производительность в /-й момент времени, т/ч;
х - средняя производительность,
I х
х =-
п - число проб, п = 30.
Неравномерность дозирования является качественным показателем работы дозаторов и характеризует неравномерность выдаваемого потока материала. Большой разброс в производительности приведёт к нестабильной работе пресс-экструдера, поэтому исследованиями необходимо выявить режимы, на которых неравномерность дозирования наименьшая. В комбикормовой промышленности допустимую погрешность дозирования устанавливают в зависимости от доли ингредиента, входящего в смесь. Так, при доле 30 % и более погрешность V < 1,5 %, при 10...30 % V < 1,0 %, при доле менее 10 % V = ± 0,5 %. При дозировании минеральных добавок V = ± 0,1 %, микроэлементов - ± 0,01 % [4].
Результаты исследований.
Для выявления зависимости неравномерности дозирования от конструктивно-режимных параметров был реализован
факторный эксперимент, результаты которого представлены в таблице 1.
Полученные данные были проверены на однородность и оказались значимыми. Далее по методике [3] были получены уравнения регрессии, адекватно описывающие неравномерность дозирования смеси смесителем-дозатором. В нераско-дированном виде уравнение регрессии выглядит следующим образом:
Д0=1,5199+О,6531х1 -0,6813х2-0,5659х3+
+0,1852х2+0,1512 х22 -0,2035х32+0,5208х1 х2+
+0,1049х1 х3 +0,2922х2 х3+1,1379х1 х2 х3, (3)
где х1 - фактор шаг шнека в закодированном виде;
х2 - фактор длина ворошителя в закодированном виде;
х3 - фактор частота вращения шнека в закодированном виде.
После раскодирования факторов уравнение регрессии примет вид
Д0=-5,5567+0,11795" +0,0568!+0,3955п +
' ш ' в ' ш
+0,000125"Ш +0,00004^2-0,00204пЩ, -0,00Шш4 --0,00485>ш -0,0031^+0,00004^4^, (4)
где - шаг шнека, мм;
- длина ворошителя, мм; пш - частота вращения шнека, мин-1. При фиксировании частоты вращения шнека на трёх уровнях по уравнению (4) строим три поверхности отклика (рис. 2), характер поверхностей одинаков, отличие лишь в уровнях значений неравномерности дозирования при различной частоте вращения рабочего органа.
п
Рис. 2. Неравномерность дозирования в зависимости от шага шнека Sw=60...100 мм и длины ворошителя 1в=50... 180 мм при трёх фиксированных значениях частоты вращения пш=25...35 мин1
Шнековые дозаторы характеризуются неравномерной подачей дозируемого материала, при этом неравномерность в 5 % считается приемлемой. Снижение неравно-
мерности до 1..3 % в нашем случае обеспечено за счёт работы шнека с полностью заполненными витками, применением мелкого шага витков и ограничением заслонкой
Шаг шнека S , мм
Рис. 3. Неравномерность дозирования в зависимости от шага шнека Зш=60...100 мм и длины ворошителя 1в=50...180 мм при частоте вращения пш = 25 мин-1
Нива Поволжья № 3 (28) 2013 97
Шаг шнека 5 . мм
ш
Рис. 4. Неравномерность дозирования в зависимости от шага шнека Зш=60...100 мм и длины ворошителя 1в=50...180 мм при частоте вращения пш = 30 мин-1
60 70 80 90 100
Шаг шнека К , мм
пг
Рис. 5. Неравномерность дозирования в зависимости от шага шнека Бш=60...100 мм и длины ворошителя 1в=50...180 мм при частоте вращения пш = 35 мин-1
Таблица 2
Рациональные конструктивно-режимные параметры дозирующей системы смесителя-дозатора
Шаг шнека Бш, мм Длина ворошителя 1в, мм Частота вращения пш, мин-1 Производительность О, кг/ч Неравномерность дозирования ДО, %
60,00..100,00 120,00.180,00 25 600 0,9.1,5
60,00..97,00 95,00.180,00 30 600 0,5.1,5
60,00..97,00 80,00.180,00 35 600 0,14.1,5
выгрузного окна, что приводит к повышению давления и стабилизации плотности смеси перед заслонкой.
Для определения значений параметров, при которых неравномерность дозирования составляет менее 1,5 %, рассмотрим уравнения регрессии при различной частоте вращения шнека и их графические представления:
ДО"»=25=3,0582-0,00145' -0,0195! --0,000025ш 4+0,000125Ш+0,0000412; ДО"ш=30=4,4759-0,02525 -0,0347Ь + +0,00025 Ь +0,0001252 +0,00004Ьв;
' ш в ' ш ' в '
ДО"ш=35 =5,7919-0,04915 -0,0499Ь +
^ ' ' ш ' в (7)
+0,00045ш Ье+0,000125Ш+0,00004Ь2е;
На рисунках 3, 4 и 5 показаны двумерные сечения поверхностей, построенных по уравнениям (5), (6) и (7) соответственно.
Из анализа рис. 3, 4 и 5 определим рациональные интервалы изменения конструктивных параметров дозатора и сведём их в табл. 2.
Выводы.
Таким образом, полученные данные позволяют выявить характер влияния каждого конструктивно-режимного параметра на изменение неравномерности дозирования. При увеличении шага шнека при неизменной длине ворошителя происходит увеличение неравномерности дозирования смеси, так как выдаваемая за один оборот порция увеличивается, что в совокупности с неравномерным её высыпанием из горловины смесителя-дозатора приводит к увеличению неравномерности дозирования. Напротив, увеличение частоты вращения шнека при неизменном его шаге способствует уменьшению неравномерности смешивания, так как повышается равномерность истечения отдельных порций, выдаваемых шнеком. Увеличение длины ворошителя способствует выравниванию плотности смеси, поступающей к шнеку, поэтому увеличение его длины и, соответственно, объёма смеси, которую он рыхлит, положительно сказывается на неравномерности дозирования.
Литература
1. Быковская, Г. П. Реология и экструзионные процессы / Г. П. Быковская // Хлебопродукты. -1992. - № 7. - С. 50.
2. Денисов, С. В. Повышение эффективности приготовления кормосмеси на основе стебельчатого корма и обоснование параметров пресс-экструдера: дис. канд. техн. наук: 05.20.01 / С. В. Денисов. - Саратов, 2006. - 142 с.
3. Зенков, Р. Л. Механика насыпных грузов / Р. Л. Зенков. - М.: Машиностроение, 1964. - 251 с.
4. Коновалов, В. В. Практикум по обработке результатов научных исследований с помощью ПЭВМ / В. В. Коновалов. - Пенза: ПГСХА, 2003. - 176 с.
5. Концепция развития механизации и автоматизации процессов в животноводстве на период до 2015 года. - Подольск: ГНУ ВНИИМЖ, 2003. - 102 с.
6. Кочанова, И. И. Исследование производительности истечения сельскохозяйственных сыпучих материалов из бункеров: дис... канд. техн. наук: 05.20.01 / И. И. Кочанова. - Саратов, 1996. - 180 с.
7. Новик, Ф. С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов / Ф. С. Новик, Я. Б. Арсов. - М.: Машиностроение; София: Техника, 1980. - 304 с.: ил.
8. Новиков, В. В. Исследование рабочего процесса и обоснования параметров пресс-экструдера для приготовления карбамидного концентрата: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01 / В. В. Новиков. - Саратов, СИМСХ, 1981. - 157 с.
9. НТП-АПК 1.10.16.002-03. Нормы технологического проектирования сельскохозяйственных предприятий по производству комбикормов. - Введ. 01.01.2004. - М.: Издательство стандартов, 2004. - 82 с.
10. Патент № 2435461 РФ. Смеситель-дозатор пресс-экструдера / Л. В. Иноземцева, В. В. Коновалов, В. В Новиков, Д. В. Азиаткин. - Заявка № 2010125628; заяв. 22.06.2010.
11. РД 26-01-90-85 - Руководящий документ. Механические перемешивающие устройства. Метод расчета (взамен РД РТМ 26-01-46-78, РТМ 26-01-90-76). - Л.: ОАО ЛенНИИхиммаш, 1985. - 86 с.
Нива Поволжья № 3 (28) 2013 99
12. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года. - М.: ФГНУ Росинформагротех, 2009. - 106 с.
13. Сыроватка, В. И. Концепция развития технологий и средств механизации для производства комбикормов в хозяйствах // Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства. Концепции развития механизации и автоматизации животноводства в XXI веке: сборник научных трудов. Т 11. ч 1. - Подольск: ГНУ ВНИИМЖ, 2002. - С. 108-123.
14. Сыроватка, В. И. Машинные технологии приготовления комбикормов в хозяйствах: монография. - М.: ГНУ ВНИИМЖ, 2010. - 248 с.
UDK 631.363.7
THE RESULTS OF STUDYING THE IRREGULARITY OF DOZING MIXTURE BY MIXER-DISPENSER
V. V. Novikov, candidate of technical sciences, professor; D. N. Aziatkin, post graduate student;
A. L. Mishanin, candidate of technical sciences, assistant professor
FSBEE HPT «Samara state agricultural academy», Samara region, Kinel, Russia, t. 8(84663) 46-3-46, e-mail:aziatkin@mail.ru
The article deals with operating mixer-dispenser which enables to mix components and simultaneously deliver ready mixture to the extruder. This helps to avoid using additional equipment.
In the result of theoretical investigations of mixer-dispenser the influence of design parameters on the basic indicators of work: supply, energy intensity have been determined. Study of uneven dosing, uneven mixing, as well as specific power intensity were used in laboratory studies. Data which identify the character of influence of each constructively-mode parameter on changing the uneven dosing have been obtained, also the results of laboratory tests of uneven dosing mixture with mixer-dispenser of press-extruder have been obtained. The regression equations determining the influence of constructive and operational parameters on the irregularity of dosing are given in the article. The methodology for sampling and processing the experimental data is given.
Key words: dozing mixer, irregularity of dozing.
References:
1. Bykovskaya, G. P. Rheology and extrusion processes / G. P. Bykovskaya // Khleboprodukty. -1992. - № 7, p. 50.
2. Denisov, S. V. The efficiency increase of making fodder mixture on the basis of stalked feed and substantiation of parameters of the press-extruder: dis. candidate of techn. sciences: 05.20.01 / S. V. Denisov. - Saratov, 2006. - 142 p.
3. Zenkov, R. L. Mechanics of bulk cargo / R. L. Zenkov. - M: Machinostroyeniye, 1964. - 251 p.
4. Konovalov, V. V. Practice on processing the results of scientific investigations with the help of a PC / V. V. Konovalov. - Penza: PSAA, 2003. - 176 p.
5. The concept of development of mechanization and automation of processes in animal husbandry for the period until 2015. - Podolsk: SSU ARSRIMAH, 2003. - 102 p.
6. Kochanova, I. I. Studying the productivity of moving of the agricultural bulk materials from hoppers: dis... cand. techn. sciences: 05.20.01 / I. I. Kochanova. - Saratov, 1996. - 180 p.
7. Novik, F. S. Optimization of processes of technology of metals by the methods of planning the experiments / F. S. Novik, Ya. B. Arsov. - M: Machinostroyeniye; Sofia: Tekhnika, 1980. - 304 p..: illustrated.
8. Novikov, V. V. Examining the working process and substantiation of parameters of pressextruders for making a carbamide concentrate: dis.... cand. techn. sciences: 05.20.01 / V. V. Novikov. -Saratov, SIMA, 1981. - 157 p.
9. STP-AIC 1.10.16.002-03. Norms of technological design of agricultural enterprises on production of the mixed fodders. - Introd. 01.01.2004. - M: standards Publishing house, 2004. - 82 p.
10. Patent № 2435461 of the Russian Federation. Mixer-dispenser of press-extruder / L. V. Inozemtseva, V. V. Konovalov, V. V. Novikov, D. V. Aziatkin. - application № 2010125628; appl. 22.06.2010.
11. RD 26-01-90-85 - guidance document. Mechanical mixing device. Calculation method (instead of RD RTM 26-01-46-78, RTM 26-01-90-76). - L.: JSC LenNIIkhimmash, 1985. - 86 p.
12. Strategy of machine-technological modernization of Russian agriculture for the period till 2020. - M: FSSU Rosinformagrotech, 2009. - 106 p.
13. Syrovatka, V. I. Concept of development of technologies and means of mechanization for feed production on farms // Scientific and technical problems of mechanization and automation of livestock Concept of development of mechanization and automation of livestock in the XXI century. Collection of scientific works. Vol. 11. p. 1. - Podolsk: SSU ARSRIMAH, 2002. - P. 108-123.
14. Syrovatka, V. I. Machine technologies of making mixed fodders on0 farms: Monograph. - M.: SSU ARSRIMAH, 2010. - 248 p.
