CC BY
18
Regularities characterizing the functioning of the copying device of the picker of the combine harvester
Lovchikov Alexander Petrovich, Doctor of Technical Sciences, Professor
Shagin Oleg Sergeevich, postgraduate
South Ural State Agrarian University
75 Lenin Ave., Chelyabinsk, 454080, Russia
E-mail: alovcikov@mail.ru; shagin958@gmail.com
The study was conducted to identify patterns that characterize the functioning of the copying device of the conveyor pickup. The study is based on the general logical method and mathematical analysis. The patterns characterizing the functioning of the pickup copying device allow to quantitatively describe the interaction and the relationship between its main parameters and the combine when selecting the bread mass roll. As a result of the study, the dynamic impact coefficient of the pick-up was obtained, through which grain losses behind the pick-up and the basic parameters of the supporting surface of the copying device are linked. The obtained patterns allow us to assess the effectiveness of the impact of a technical solution in the field of development and improvement of the copying device of the pick-up, and therefore, of the whole machine.
Key words: combine harvester, conveyor sorter, copying device, dynamic impact coefficient, grain loss. -♦-
УДК 631.363.3
Совершенствование рабочих органов измельчителя-смесителя кормов ИСК-3
М.М. Константинов1, д-р техн. наук, профессор; Б.Н. Нуралин2, д-р техн. наук, профессор;
Р.Р. Джапаров2, канд. техн. наук; А.Ж. Нуралин2, инженер
1 ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
2 НАО Западно-Казахстанский АТУ
Лучшее усвоение питательных веществ корма животными происходит в растворённом виде. Скорость обработки частиц корма желудочным соком прямо пропорциональна площади их поверхности. Наибольшую поверхность имеют измельчённые корма, которые одновременно позволяют экономить энергию на разжёвывание, переваривание и усвоение кормов. На основании проведённых исследований предложена конструкция измельчителя-смесителя, в которой ножи выполнены криволинейными по форме дуги окружности с зубьями на режущей кромке, а противорежущие пластины имеют кольцевую форму и расположены по периметру рабочей камеры. Режущая поверхность противореза выполнена зубчатой. Кривизна ножей обеспечивает постоянное взаимодействие ножей и противорежущих пластин с зубчатой рабочей поверхностью, постоянство угла в течение всего процесса резания. Резание корма происходит со значительным скольжением и меньшими затратами энергии. Разработанная конструкция измельчителя-смесителя позволяет снизить энергоёмкость процесса резания корма на 15 - 20 % при соблюдении зоотребований к длине резки. Новизна технического решения защищена патентом Республики Казахстан.
Ключевые слова: измельчитель-смеситель, ИСК-3, корм, измельчение, противорежущая пластина, нож.
При подготовке полнорационных кормов к скармливанию животным основными операциями в технологическом процессе являются измельчение и смешивание различных кормов. Этим операциям принадлежит весьма важная роль в кормоприготовлении, так как при измельчении получаются частицы корма, имеющие большую поверхность. Лучшее усвоение питательных веществ корма происходит в растворённом виде, а чтобы желудочный сок животного энергичнее воздействовал на частицы корма, необходимо создать у них как можно большую поверхность, т.е. скорость обработки частиц корма желудочным соком прямо пропорционально площади их поверхности. При скармливании измель-
чённых кормов животным экономится энергия, затрачиваемая на разжёвывание, переваривание и усвоение кормов. Кроме того, измельчённые стебельные корма удобнее дозировать, смешивать с другими видами кормов, обрабатывать химическими веществами, брикетировать, раздавать и механизировать погрузочно-транспортные работы.
Неизмельчённые грубые корма наматываются на рабочие органы кормораздатчиков, дозаторов и нарушают нормальный процесс подготовки кормов к скармливанию животным.
Наукой и практикой доказано, что при применении кормовых смесей продуктивность кормов повышается до 15 %, а расход кормов на
производство 1 ц молока снижается до 7 % по сравнению с раздельным скармливанием [1, 2].
Вместе с тем любое механическое измельчение грубого корма и смешивание с другими видами кормов требует больших энергетических затрат, которые не всегда компенсируются повышением коэффициента продуктивного его действия. Поэтому на операции измельчения и смешивания в общем технологическом процессе переработки и приготовления кормов должен приходиться минимум суммарных потерь питательных веществ и затрат энергии.
На животноводческих фермах Западного региона Казахстана получили распространение измельчители-смесители кормов ИСК-3 с ножевым рабочим органом. Они просты в эксплуатации и надёжны в работе. К преимуществам ножевого измельчителя-смесителя ИСК-3 следует отнести нечувствительность к виду и влажности измельчаемых кормов, что позволяет использовать его для измельчения сена, веточного корма, кукурузного силоса, корнеплодов с одновременным их смешиванием. Существенным недостатком измельчителей-смесителей с ножевым рабочим органом является высокая энергоёмкость процесса измельчения [3].
Цель исследования - установить закономерности изменения энергоёмкости измельчителя от формы ножа и режущей кромки.
Материал и методы исследования. В процессе измельчения растительных материалов для нужд животноводства материал проходит ряд воздействий: механическое воздействие режущей кромки, вызывающее деформацию, напряжение и разрушение материала. Все эти явления взаимосвязаны. Изучение процесса измельчения материалов при подготовке кормов необходимо рассматривать как процесс, в котором большое количество факторов влияет на конечный результат: разрушение, деформация и трение, которые играют значительную роль при измельчении растительных материалов. Учитывая это, в качестве частных критериев по каждому выделенному процессу можно использовать такие характеристики, как режущая способность, предварительное сжатие, коэффициент трения. Современная теория резания растительных материалов базируется на трудах выдающихся учёных, таких, как В.П. Го-рячкин, В.И Карпов, Б.А. Николаев, Н.Е. Резник и др. Все исследователи сходятся в том, что энергозатраты можно использовать в виде обобщённого показателя эффективности процесса измельчения. Правильный учёт всех факторов, влияющих на энергозатраты при резании, имеет решающее значение при разработке конструкции измельчителей. Снижение энергозатрат можно обеспечить выбором геометрии режущего инструмента, т. е. формы режущей кромки ножа. В исследованиях по резанию учёные обращают внимание на большое
влияние тангенциальной составляющей скорости лезвия. В качестве показателя, характеризующего влияние тангенциальной скорости на процесс резания, В.П. Горячкин предложил коэффициент скольжения. Опыт эксплуатации измельчителей показывает, что с увеличением коэффициента скольжения улучшается качество измельчаемого продукта. Это можно объяснить несколькими причинами. Во-первых, при скользящем резании микрозубцы, имеющиеся на лезвии ножа, воздействуют на продукт на крайне ограниченных площадях контакта и как бы перепиливают его. Во-вторых, при скользящем резании режущий инструмент внедряется в материал с углом заострения, равным эффективному углу заточки ножа, который всегда меньше действительного угла заточки. В-третьих, при скользящем резании уменьшается эффективная длина режущей кромки лезвия, что приводит к уменьшению усилий резания [4].
Результаты исследования. Нами разработана конструктивная схема измельчителя-смесителя непрерывного действия на базе ИСК -3 (рис. 1) [5].
Измельчитель-смеситель состоит из приёмного бункера 1, вертикальной рабочей камеры 2, закреплённой на выгрузной камере 3, в днище которой установлен консольный привод 8.
Соосно рабочей и выгрузной камер установлен вал 4, на котором шарнирно закреплены подпружиненные криволинейные ножи 5 с зубьями на режущей кромке и выгрузные лопасти 7, размещённые в выгрузной камере. По периметру рабочей камеры установлены противорежущие пластины 6 кольцевой формы с зубьями на режущей кромке.
Рис. 1 - Измельчитель-смеситель кормов
Во время работы измельчителя-смесителя корма загружаются в приёмный бункер 1 и попадают в рабочую камеру 2, под действием ножей 5 и противорежущих пластин 6 они измельчаются и перемешиваются. Зубья на режущей кромке криволиненых ножей препятствуют смещению корма на периферию, в результате чего резание происходит по всей длине ножа. Постоянное взаимодействие ножей и противорежущих пластин с зубчатой рабочей поверхностью обеспечивает постоянство угла в течение всего процесса резания. Резание корма происходит со значительным скольжением и меньшими затратами энергии. Этому способствует кривизна ножей. Измельчённый и перемешанный корм под действием силы тяжести и всасывающего воздушного потока швырялки 7 попадает на её лопасти и удаляется в выгрузное окно.
Таким образом, отличительной особенностью предлагаемой конструкции является изменённая конструкция противорежущей пластины и ножа. Нож выполнен криволинейным в виде дуги окружности с зубьями на режущей кромке.
Противорежущая пластина выполнена в форме кольца и расположена по всему периметру рабочей камеры, а режущая кромка пластины имеет зубья.
Такое конструктивное исполнение обеспечивает взаимодействие ножей с кормом и противо-режущими элементами по всей их длине, без уплотнения в какой-либо зоне.
Другой немаловажной задачей является качество приготовления кормовой смеси, т.е. однородность содержания включаемых компонентов.
Следует отметить, что на качество приготовления кормовой смеси оказывают влияние точность дозирования исходных компонентов, изменчивость их свойств, продолжительность процесса смешивания и другие технологические факторы. Фактический состав кормовой смеси, т.е. содержание в ней компонентов, определяли путём экспериментальных исследований.
Однородность получаемой кормовой смеси определяли по известной методике [6, 7]. Исходя
Рис. 2 - Влияние количества проб на коэффициент неоднородности кормовой смеси
из полученных результатов, а также с учётом обеспечения контроля фактического состава, минимальное количество проб, необходимое для оценки получаемой кормовой смеси, представлено на рисунке 2.
На графике влияния количества проб на коэффициент неоднородности кормовой смеси можно указать на два участка. Первый участок, на котором наблюдается существенное изменение коэффициента неоднородности смеси, и второй участок с малым изменением содержания смеси.
Средние значения частиц измельчённого корма вычисляли по формуле:
ч =i ь,, (1)
i=1
где X, - отдельный результат испытаний в выборке;
n - объём выборки.
Размах результатов испытаний в выборке определяли как разность экстремальных значений:
Р = Xm ax - Xm in 5 (2)
где Xmax и Xmin - соответственно максимальные и минимальные значения содержания компонентов кормовой смеси в выборке. Средние значения Хср показывают уровень настроенности технологического процесса, а по размаху Р можно судить о содержании различных компонентов кормовой смеси в пределах одной выборки.
Выводы. Предложенная конструкция измельчителя-смесителя позволяет:
- выравнять нагрузку на вал машины и снизить удельную энергоёмкость процесса резания на 15 - 20 %;
- обеспечить после измельчения содержание частиц корма размером менее 50 мм в пределах 81 %;
- обеспечить равномерность смешивания корма из сена, веточного корма, корнеплодов, концентрированных кормов до 85 %.
Литература
1. Механизация и технология производства продукции животноводства / В.Г. Коба, Н.В. Брагинец, Д. Н. Мурусидзе [и др.]. М.: Колос, 1999. 528 с.
2. Нуралин Б.Н., Джапаров Р.Р., Джаналиев Е.М. Разработка измельчителя стебельных кормов для КРС // Вестник ВНИ-ИМЖ. 2018. № 3. С. 149 - 151.
3. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. М.: Колос. 1993. 319 с.
4. Пильненко А.К. Кинематическая трансформация угла заточки лезвия дискового ножа // Наукж нотатки (Луцк). 2012. N° 39. С. 159 -162.
5. Пат. РК, Измельчитель стеблевых кормов / Джапаров Р.Р., Белугин Н.Г. 2004. №14242. Опубл. БИ от 19.02. 2002.
6. Уланов И.А. Исследование технологического процесса приготовления смесей из грубых и сочных кормов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Саратов, 1965. 24 с.
7. Кононов Б.В., Влазнев А.И. Об оценке и контроле качества кормовых смесей // Сборник научных работ. Саратов, Саратовский СХИ им. Н.И. Вавилова, 1982. С 47 - 54.
Константинов Михаил Маерович, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет» Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18 E-mail: miconsta@yandex.ru
Нуралин Бекет Нургалиевич, доктор технических наук, профессор Джапаров Раниль Рафхатович, кандидат технических наук Нуралин Асыланбек Жумамуратулы, инженер
НАО «<Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана» Республика Казахстан, 090009, г Уральск, ул. Жангир хана, 51 Е-mail: bnuralin @mail.ru; dhaparow @mail.ru; nuralin.76@mail.ru
Improvement of the working bodies of the ISK-3 feed-grinding mixer
Konstantinov Mikhail Maerovich, Doctor of Technical Sciences, Professor Orenburg State Agrarian University 18 Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia E-mail: miconsta@yandex.ru
Nuralin Beket Nurgalievich, Doctor of Technical Sciences, Professor Dzhaparov Ranil Rafkhatovich, Candidate of Technical Sciences Nuralin Asylanbek, engineer
Zhangir Khan West Kazakhstan Agrarian-Technical University 51 Zhangir Khan St., Uralsk, 090009, Republic of Kazakhstan E-mail: bnuralin @ mail.ru; dhaparow @ mail.ru; nuralin.76@mail.ru
The best assimilation of animal feed nutrients occurs in dissolved form. The processing speed of the feed particles by gastric juice is directly proportional to their surface area. The largest surface is crushed feed, which at the same time saves energy on chewing, digesting and assimilation of feed. Based on the studies, a mixergrinder design is proposed, in which the knives are curved in the shape of a circular arc with teeth on the cutting edge, and the opposing plates have an annular shape and are located around the perimeter of the working chamber, and the cutting surface of the counter is made of a gear. The curvature of the knives provides a constant interaction of knives and counter plates with a toothed working surface, the constancy of the angle throughout the entire cutting process. Cutting the feed occurs with significant glide and less energy. The developed design of the grinder-mixer allows to reduce the energy consumption of the feed cutting process by 15...20 % while observing the zoological requirements for the cutting length. The novelty of the technical solution is protected by a patent of the Republic of Kazakhstan.
Key words: grinder-mixer, ISK-3, feed, grinding, anti-cutting plate, knife.
-Ф-
УДК 621.926.3
Совершенствование конструкции смесителя сыпучих компонентов центробежного действия
В.В. Матюшев, д-р техн. наук, профессор; А.В. Семёнов, канд. техн. наук;
И.А. Чаплыгина, канд. биол. наук; А.Н. Бочкарёв, аспирант
ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ
Целью исследования являлось повышение эффективности технологического процесса смешивания сыпучих кормов при минимальных энергозатратах. Проанализированы технические параметры и производственные показатели двух конструкций центробежных смесителей непрерывного действия. Первая конструкция представляет собой центробежный смеситель, состоящий из трёх секций смешивания, расположенных друг над другом, соединённых между собой смесепроводами. В каждой секции имеется загрузочный патрубок и вращающийся на общем приводном валу горизонтальный диск, над которым неподвижно установлен криволинейный рабочий орган с перепускными окнами и приливами, образующий рабочий канал. Компоненты, двигаясь по рабочим каналам под действием центробежных сил, взаимодействуют с приливами, изменяют своё направление движения, входя в перепускное окно, на выходе образуют однородную смесь. Вторая конструкция состоит из корпуса, в котором на приводном валу расположен вращающийся стол с рифлёной поверхностью, над которым неподвижно установлена наклонная от центра к периферии спираль в форме спирали Архимеда, с закреплёнными на рабочей стороне завихрителями потока, образующая рабочий канал. Смешиваемые компоненты через дозаторы, расположенные в верхней части смесителя, подаются в центр спирали, приводятся в круговое движение вращающимся столом с рифлёной поверхностью, а завихрители
