CC BY
25
УДК 631.16:631.223.2
СОЗДАНИЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ-СМЕСИТЕЛЯ КОРМОВ РОТОРНОГО ТИПА
В.К. Скоркин, доктор с.-х. наук, заведующий лабораторией В.П. Карпов, кандидат технических наук
B.П. Аксенова, инженер-исследователь
C.А. Жуков, инженер-исследователь
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: [email protected]
Аннотация. Приведены анализ технологической схемы и принцип работы измельчителя-раздатчика кормов многоцелевого назначения МИР-10, особенностью которого является дозатор стебельчатых кормов в виде фронтального ротора диаметром один метр, заключенный в корпус с выгрузными окнами. Дан математический расчет производительности дозатора, который по аналогии с известными устройствами типа шлюзовых затворов зависит от коэффициента заполнения внутреннего межлопастного пространства кормом. Установлено, что на больших оборотах ротора коэффициент заполнения резко снижается, так как межлопастное пространство не успевает заполняться кормом, на основе чего обоснована зона рациональной скорости ротора. По результатам исследований установлена недостаточная пропускная способность данного узла. Для устранения этого недостатка и повышения производительности разработан ротор с меньшим количеством тангенциальных лопастей (три вместо шести), позволяющий увеличить заполнение межлопастного пространства и, соответственно, производительность. Новая конструкция корпуса ротора с регулирующими заслонками позволяет более чем в три раза увеличить проемы выгрузных окон (с 0,045 до 0,15м2) и в три раза производительность кормораздатчика. Ключевые слова: многофункциональный смеситель-раздатчик, ротор, межлопастное пространство, заполняемость, обороты, производительность.
Введение. Кормораздатчик МИР-10 (рис. 1, 2) включает в себя бункер 1 в виде горизонтального цилиндра, смонтированный на раме 18 с возможностью вращения. На передней неподвижной стенке бункера 2 установлен ротор 12, а в центре глухой задней стенки с наружной стороны размещен приводной вал. Передняя стенка имеет кольцевой обод. На внутренней полости обода размещены опорные ролики, на которые опирается передний край бункера. Задняя часть бункера приводным валом опирается на опорный подшипник. Цилиндр бункера имеет загрузочный проем, закрытый кольцевым затвором. Затвор может поворачиваться вокруг бункера, открывая или закрывая загрузочный проем.
Для того, чтобы затвор не смещался в осевом направлении, на цилиндре бункера имеются ограничительные кольца из швеллера. Привод вращения бункера осуществляется гидродвигателем типа РШ -6000. Для
компенсации реактивного момента двигателя имеется реактивная тяга с опорой на раму.
Рама 18 раздатчика «ломающегося» типа состоит из двух частей, соединенных горизонтальной осью 32, выполнена из квадратной трубы, опирается на одноосную ходовую часть 26 и ось колеса с резиновыми шинами грузоподъемностью 6 т.
На основной задней части рамы закреплены кольцевой обод передней стенки и стойки опорного подшипника, через которые на раму передается основной вес раздатчика, включая вес бункера с кормом, а передняя часть, по существу, представляет шарнирное дышло, на котором размещены приводные механизмы и элементы гидравлики. Взаимное положение частей рамы регулируется гидроцилиндром 41.
На передней стенке бункера размещается шестилопастной ротор 12 (рис. 3), заключенный в кожух 10, к которому примыкают 3 выгрузных дефлектора.
Два из них предназначены для раздачи кормов - левый и правый 7, и один, направленный вправо и исполненный в «гибком», трансформируемом варианте - для разбрасывания подстилки 8. Изменение формы дефлектора производится гидроцилиндром 44, остальные дефлекторы имеют заслонки для их перекрытия. Ротор крепится на валу, установленном на подшипниках в корпусе с возможностью продольного перемещения. Направляющие имеют вкладыши и болты для регулировки зазора с корпусом подшипников.
Рис. 1. Многоцелевой измельчитель-раздатчик кормов МИР-10 (общий вид)
Рис. 2. Многоцелевой измельчитель-раздатчик кормов МИР-10 (вид Б)
Рис. 3. Шестилопастой ротор в сборе: 1 - ротор;
2 - нож в сборе
На переднем конце вала ротора может быть установ-
У лена как вилка карданного ва-
ла для механической трансмиссии, так и двигатель для гидротрансмиссии. Предусмотрено продольное перемещение ротора относительно корпуса бункера на разных режимах работы. Если при измельчении рулонов ротор должен быть максимально выдвинут вдоль бункера, то при раздаче рассыпных кормов этого не требуется, т.к. наибольшая пропускная способность у ротора, утопленного в глубине своего корпуса.
На передней стенке внутри бункера размещена заслонка, перекрывающая проем ротора. Назначение заслонки - препятствовать попаданию корма в ротор при смешивании и при самозагрузке рассыпных кормов. В остальных режимах проем должен быть открыт. Заслонка имеет два положения: открытое и закрытое, управляется гидроцилиндром. Заслонка имеет в центре отверстие диаметром 600 мм с тройным фильтром для отсасывания воздуха.
С целью повышения производительности кормораздатчика был доработан ротор с заменой шестилопастного на трехлопастной с увеличением площади выгрузных окон в три раза. Ротор имеет ступицу и три тангенцио-нально закрепленные к ней лопасти в форме балки равного сопротивления (рис. 4).
Это сделано для облегчения самого ротора и его балансировки. Ротор в сборе подвергается статической балансировке с точностью до 10 г. На передней грани каждой лопасти закреплено по 5 ножей, в качестве которых используются косилочные сегменты.
Рис. 4. Ротор в сборе: 1 - втулка; 2 - лопасть;
3 - уширитель лопасти; 4 - диск 0730/220; 5 - конус;
6 - кронштейн; 7 - сегмент
Ножи установлены под углом 60° к плоскости ротора. Весь ротор установлен подвижно в направляющих рамы и может выдвигаться внутрь бункера на 80 мм относительно плоскости передней стенки и смещаться внутрь за плоскость заслонки. Перемещение ротора производится гидроцилиндром.
Для измельчения кормов вначале поднимается заслонка, затем выдвигается ротор, а для смешивания и самозагрузки, наоборот, вначале убирается ротор, а затем опускается заслонка. В процессе эксплуатации раздатчика необходимо контролировать действие этой блокировки.
Результаты исследований. Ротор, представляющий собой крыльчатку, заключенную в цилиндрический корпус с выгрузными окнами, может служить аналогом такого известного устройства как шлюзовой затвор [1].
Производительность ротора определяется по формуле:
Q = 60V -п-к-р, т/ч (1)
где V - объем корпуса ротора, м3; п - скорость вращения, мин-1; к - коэффициент заполнения; р - насыпная плотность корма,
т/м3.
Наиболее показательной характеристикой процесса является коэффициент заполнения к, который обобщает влияние большого количества весьма разнообразных факторов. После преобразования формулы (1) получим:
к = --- (2)
60У-п-р у '
Согласно формуле (2), к факторам, снижающим заполняемость ротора, относятся его размеры: емкость, скорость вращения и плотность корма.
Испытания первого образца раздатчика по технологической схеме МИР-10 [2] без учета этих факторов показали относительно низкую пропускную способность ротора. Производительность раздатчика составляла около 2 т/ч, при этом расчеты по формуле (2) с реальными значениями ее составляющих (объем ротора - 0,2 м3, скорость вращения -300 мин-1, плотность корма - 105 кг/м3) дают величину коэффициента заполнения около 0,5%. У шестилопастного ротора ежесекундно в работе находится: N = =30 лопастей, каждая из которых выгружает кормовую массу: М = — = 0,02 кг, т.е. 20 г.
Это, с одной стороны, режим, близкий к холостому, с другой стороны - дает большие возможности построить этот процесс более рационально. Испытания проводились на травяном силосе с низкой объемной массой. Учитывая прямую зависимость весовой производительности от плотности корма, можно указать, что на свежем кукурузном силосе с объемной массой 500-600 кг/м производительность составит 10 т/ч и 100 г корма на 1 лопасть.
Исследования рабочего процесса показали, что межлопастные ячейки ротора на такой скорости не успевают заполняться и лопасти отбрасывают надвигающийся корм назад, и только небольшая часть его втягива-
ется воздушным потоком в межлопастное пространство и затем выводится наружу и поступает в кормушку.
Отсюда следует, что для повышения производительности выдачи необходимо уменьшить скорость ротора, вытекающую из формулы (2). Аналогичная закономерность наблюдается и для шлюзовых затворов: скорость их вращения никогда не бывает больше 60 мин- , т.к. при дальнейшем повышении скорости снижается производительность. В конструкции многофункционального агрегата МИР-10 предусмотрена гидротрансмиссия, позволяющая установить практически любую скорость ротора [3-5].
В упрощенных модификациях можно использовать возможности трактора-буксировщика, имеющего различные варианты скорости вращения вала отбора мощности. В частности, у трактора типа МТЗ-82 и его ближайших последующих модификаций можно воспользоваться наличием так называемой «синхронной» скорости ВОМ, которая обозначена на 1 м пути и составляет 3,4 мин-1.
При движении на первой передаче скорость трактора составляет 1,9 км/ч или 0,53 м/с. Один метр агрегат проедет за 1,9 с, BOM при этом совершит 3,4 оборота, а угловая скорость вращения составит 1,8 с-1 или 107 мин-1.
Подсчитан коэффициент заполнения в этих условиях. Фронт кормления при беспривязном содержании можно принять в среднем равным 1 м, а разовую норму выдачи, например, силоса с объемной массой 300 кг/м3 - 25 кг.
Производительность при этом составит:
Q =
25кг_ 1,9 с
заполнения по формуле (2):
47
к =-= 0,12 или 12%.
60-0,2-107-0,3 '
На передней части рамы кормораздатчика размещены также промежуточная опора кардана 21, прицепная серьга и опорная стойка, используемая на стоянке, а также элементы гидравлики - панель распределителей, штанги, а в варианте с гидротрансмиссией - вся гидравлика, включая гидронасос, масляный бак, регулировочная аппаратура.
13,1 кг/с или 47 т/ч, а коэффициент
Загрузчик рулонов включает вилы в виде П-образной рамы, сваренный из трубы 076 мм, шарнирно закрепленные одной стороной на правом брусе рамы, и подъемного гидроцилиндра. В опущенном положении вилы размещаются на поверхности земли напротив рулона, подаются под рулон, поднимают его и закатывают в бункер.
Загрузчик сыпучих кормов имеет шарнирный заборный телескопический трубопровод, примыкающий к внутренней полости бункера. На конце трубопровода установлена фреза с внутренним гидравлическим приводом вращения, представляющая собой цилиндрический барабан, на наружной поверхности которого размещены спирали с закрепленными на них режущими сегментами. Подъем и опускание фрезы с заданной регулируемой скоростью во время отделения порции корма от монолита осуществляется двумя гидроцилиндрами.
Процесс самозагрузки выполняется следующим образом. Лопастной ротор в данном режиме выполняет функции вентилятора и при скорости вращения порядка 1000 мин-1 создает в бункере вакуум, под действием которого в заборной трубе создается воздушный поток, засасывающий корм в бункер. Заслонка при этом закрыта, а воздух проходит через сетчатый фильтр. В бункере корм оседает, а легкие и мелкие частицы задерживаются сеткой.
Выводы.
1. Замена шестилопастного ротора на трехлопастной обеспечивает более полную заполняемость межлопастного пространства кормом и увеличивает производительность в 5 раз.
2. Наилучшая заполняемость и наибольшая производительность дозатора наблюдаются при низких оборотах ротора.
3. Производительность ротора находится в прямой зависимости от объема корпуса ротора, скорости вращения, коэффициента заполнения насыпной плотности кома.
4. Работа кормораздатчика МИР-10 выполняется в соответствии с технологическими требованиями при агрегатировании с тракторами МТЗ-82 и других модификаций.
Литература:
1. Справочник по транспортирующим машинам. М., 1983. 136 с.
2. Расчет процесса раздачи кормов КРС / Карпов В.П. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №1. С. 51-55.
3. Карпов В.П., Тихомиров И.А. Характеристики гидравлического привода кормораздатчика МИР-10 // Вестник ВНИИМЖ. 2016. №3. С. 148-151.
4. Результаты исследований работы кормораздатчика МИР-10 по приготовлению кормовой смеси крупному рогатому скоту / Скоркин В.К. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2015. №3. С. 146-150.
5. Скоркин В.К., Карпов В.П., Повалихин Н.В. Обоснование технологической схемы и режима работы многофункционального смесителя-раздатчика кормов // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №3. С. 176-180.
Literatura:
1. Spravochnik po transportiruyushchim mashinam. M., 1983. 136 s.
2. Raschet processa razdachi kormov KRS / Karpov V.P. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2013. №1. S. 51-55.
3. Karpov V.P., Tihomirov I.A. Harakteristiki gidravliche-skogo privoda kormorazdatchika MIR-10 // Vestnik VNIIMZH. 2016. №3. S. 148-151.
4. Rezul'taty issledovanij raboty kormorazdatchika MIR-10 po prigotovleniyu kormovoj smesi krupnomu rogato-mu skotu / Skorkin V.K. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2015. №3. S. 146-150.
5. Skorkin V.K., Karpov V.P., Povalihin N.V. Obosnova-nie tekhnologicheskoj skhemy i rezhima raboty mnogo-funkcional'nogo smesitelya-razdatchika kormov // Vestnik VNIIMZH. 2013. №3. S. 176-180.
THE FEED MULTI-FUNCTIONAL GRINDER-MIXER OF ROTARY TYPE CREATION V.K. Skorkin, doctor of agricultural Sciences, laboratory chief V.P. Karpov, candidate of technical sciences V.P. Aksenova, engineer-researcher S.A. Zhukov, engineer-researcher
FGBNY All-Russian research Institute of animal husbandry mechanization
Abstract. The analysis of the technological scheme and operation of the MIR-10 feed grinder-distributor, multipurpose, a feature of it is the dispenser stalked feed in the front rotor form with one meter diameter, enclosed into the unloading windows form. The dispenser performance mathematical calculation, that is like to the well-known rotary shutter type depends devices from the coefficient of the internal space filling with food is given. It is established that at rotor's turnover high speeds the coefficient of filling decreases sharply so as the space between the blade has not time to be filled with food, on the basis of which the rational area of the rotor speed is justified. By the results of researches it is established the given node insufficient capacity. To eliminate of this lack and the rotor performance improving there was developed a rotor with fewer number of the tangential blades (three instead of six), allowed to increase the space between the blade filling and, consequently, performance. The rotor's body new design with the regulatory dampers allows more than in three times to increase the openings windows' supply (from 0,045 till 0,15 m2) and so as the machine performance in three times.
Keywords: multifunctional mixer-distributor, rotor, space between the blades, filling, turnover, performance.
