CC BY
12
УДК 631.363.7
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО-КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БАРАБАННОГО СМЕСИТЕЛЯ НА КАЧЕСТВО СМЕСИ
В.В. Коновалов, Н.В. Димитриев,
A.В. Чупшев,
B.П. Терюшков
Представлены результаты исследований работы барабанных смесителей периодического действия объемом до 0,2 м , используемых в строительстве на приготовлении комбикормов в условиях животноводческих объектов. Установлен рациональный угол наклона оси вращения барабана от горизонтали 15°, время смешивания 240-300 секунд. Качество смеси обеспечивается при доле контрольного компонента более 12%.
Ключевые слова: качество смеси, равномерность смеси, барабанный смеситель, степень заполнения емкости.
Основным звеном получения животноводческой продукции является кормопроизводство, которое представляет собой сложную производственную систему, занимающуюся производством, заготовкой и хранением различных видов кормов для сельскохозяйственных животных и должно развиваться в соответствии с потребностями животноводства. Производство животноводческой продукции и продуктивность скота находятся в прямой зависимости от обеспеченности животноводства кормами по количеству, видовой структуре и составу питательных элементов [1].
На сегодняшний день многие хозяйства переходят к производству собственных комбикормов на основе покупных БВД и собственного фуража. Однако существует проблема, вызванная нехваткой современного технического оборудования, обеспечивающего качественное приготовление смесей [2-9]. Многие фирмы предлагают устройства, в которых не достигается продукция нужного качества при малых затратах энергии [10-12]. Поэтому разработка новых или модернизация существующих простых высокопроизводительных устройств для приготовления кормов является актуальной задачей [6-9].
Процесс смешивания сухих концентрированных кормов исследовался на барабанных смесителях периодического действия (рис. 1), выпускаемых промышленными предприятиями и имеющихся в свободной продаже. Данные смесители состоят из емкости 4, на наружной поверхности которой закреплен зубчатый венец. На венец передается вращающий момент от зубчатого колеса, установленного на выходе из силового блока 6, а вращение от электродвигателя передается с помощью ременной передачи. Угол наклона оси вращения бараба-
на регулируется штурвалом 5. Опоры смесителя закреплены на стойках 2 и 9 [10-12]. При вращении штурвала 5 смеситель устанавливается на заданный угол наклона оси вращения барабана относительно горизонтали. Во вращающийся барабан засыпаются компоненты смеси. Последним загружается компонент с меньшей долей в составе смеси. По окончании времени перемешивания барабан наклоняется отверстием вниз до высыпания приготовленной смеси.
Рис. 1. Барабанный смеситель периодического действия: 1 - перекладина; 2 - опора; 3 - зубчатый венец; 4 - барабан; 5 - штурвал; 6 - силовой блок; 7 - кнопки СТОП/ПУСК; 8 - колесо; 9 - опора
Исследования качественных показателей смешивания производили на трех смесителях барабанного типа (объемом емкости 63, 120 и 180 л). Время смешивания и угол наклона оси вращения барабана изменяли в процессе опытов. Частота вращения барабана оставалась в соответствии с технической характеристикой смесителя (26...29 мин-1). Компоненты смеси состояли из дерти пшенично - ячменной (1:1) плотностью вороха 550 кг/м , а в качестве контрольного компонента - зерна ячменя в количестве 1% от массы смеси. С целью определения качества смеси (коэффициент вариации содержания контрольного компонента) из приготовленной смеси брались пробы массой по 100 г в количестве 20 шт.
В процессе опытов в емкость смесителя загружали около 90% от возможной массы материала в смесителе. Эта масса определялась загрузкой наибольшей массы материала в установленную под заданным углом а (град.) вращающуюся емкость смесителя. При этом отсутствовала самопроизвольная выгрузка избыточного материала смеси при вращении емкости.
Длительность перемешивания компонентов Т (с) определялась по времени смешивания компонентов с момента внесения контрольного компонента в порцию приготавливаемой смеси.
Степень заполнения емкости ^определялась:
у/=Ы/(Ур), (1)
3
где М - масса смеси в емкости, кг; р- плотность вороха смеси, кг/м ; V -объем смесительной емкости, м3.
Равномерность смешивания 0 определялась из формулы:
0=1-у, (2)
где V - коэффициент вариации содержания контрольного компонента в пробах.
Равномерность смеси может быть описана по аналогии с процессом диффузии выражением:
0 = т(1 - екТ) , (3)
где т - равномерность смеси, достижимая данным смесителем; к - показатель степени интенсивности перемешивания.
Используя смеситель объемом 180 л при установленном угле наклона оси вращения емкости относительно горизонтали а=15 град., по формуле 3 построен график равномерности (рис. 2) и показаны опытные значения. Как видим, на исследуемом интервале времени смешивания (до 900с), достичь качества смеси, соответствующего зоотехническим требованиям (0ЗОО=О,9), не представляется возможным. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что начиная с 240-300 секунд качество смешивания стабилизируется, а колебания связаны со случайным характером данного процесса.
АЯ,
0О
0.9
0.8
0.7
0.5
0.5
0.4
1 300
0.3
0.2
0.1
* * •
г 4
1 (
/
/
/
/
Рис. 2. Изменение равномерности смеси 0 с течением длительности перемешивания Т, с
100 200 300
400 500 Т
600 700 800
900 .840,
При моделировании для определения величины качества смеси 0СР воспользуемся средним значением по трем показателям времени смешивания -300; 600 и 900 с. Показатель степени интенсивности для данного смесителя составляет к=0,024 и рациональное время смешивания около 240... 300 с.
Для описания изменения равномерности смеси 0 используем показатели угла наклона емкости а и объема емкости смесителя V, тогда качество смеси определится (рисунок 3):
0расч1= 0,6297614-[1-(вта)°'5]-(2,048221+1,637711^-0,011281^), (4) Б-тест = 0,28. Коэффициент корреляции Я=0,97.
Наибольшее влияние на процесс перемешивания оказывает угол наклона а емкости смесителя. На исследуемом диапазоне значений угла наклона самое лучшее качество смеси соответствует углу 15°. Объем смесителя влияет в
меньшей степени. Наилучшие показатели соответствуют наибольшему иссле-
3
дуемому объему смесителя (У=0,18 м ). Данные показатели будут являться рациональными при работе барабанного смесителя периодического действия (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость равномерности смеси 0 от угла наклона емкости смесителя а (30-45 град; рад.) и объема емкости смесителя V (м )
Полученные статистические данные (Я=0,97) говорят о хорошей корреляции опытных и расчетных значений. Однако низкое значение Б-теста (0,28) показывает недостаточную адекватность модели (рис. 4).
Рис. 4. Соответствие опытных (0о) и расчетных (0р) значений
равномерности смешивания барабанными смесителями периодического действия
Для получения адекватных результатов произведено дополнительное моделирование, связывающее результаты первичного выражения 0РАСЧ1 с опытными значениями. Полученная модель описывается выражением (рис. 5):
0расч2=-0,10393+1,194328- 0асч1, (5)
Б тест = 0,90. Коэффициент корреляции Я=0,97.
Представленная модель имеет неплохие статистические показатели, что говорит об адекватности полученного выражения.
Тем самым, равномерность смеси будет описываться следующим выражением:
0={-0,104+1,194328[0,6297614[1-(8та)0,5] х
х(2,048221+1,637711• ¥-0,011281/¥)]}(1 - е-0,024'7), (6)
Обработка результатов степени заполнения у емкости смесителя позволила получить соответствующее выражение (рис. 5):
у= -4,85093+6,178449• (51па)0,080854-4,45444• ¥+12,27459• V2. (7)
Коэффициент корреляции R=0,99. Б-тест = 0,96.
Рис. 5. Изменение степени заполнения емкости смесителя у в зависимости от угла наклона емкости смесителя а (рад.) и объема емкости смесителя V (м3)
Данная модель (рис. 5) имеет хорошие статистические показатели, что говорит об адекватности полученного выражения.
Степень заполнения емкости у уменьшается пропорционально уменьшению угла наклона емкости а, поэтому смеситель объемом У=0,18 м имеет наихудшие показатели использования объема емкости смесителя. Видимо, на степень заполнения оказывает влияние расстояние между боковыми стенками выгрузного отверстия. Чем уже отверстие (меньше емкость и ее диаметр), тем больше доля загружаемой максимальной массы материала в емкости смесителя относительно массы смеси в полностью заполненной емкости.
Тем самым, смеситель объемом рабочей емкости 0,18 м при угле наклона оси вращения емкости от горизонтали 15° имеет лучшие показатели качества смеси. Недостатком является малая степень заполнения. После смешивания в течение 240...300 секунд происходит стабилизация качественных показателей смеси. При наличии в составе смеси компонентов в количестве 1% от массы смеси не удается достичь качественных показателей смеси в соответствии с зоотехническими требованиями (равномерность 90%). Зоотехнические требования достигаются при доле контрольного компонента не менее 12%.
Литература:
1. Сельскохозяйственная техника и технологии / Под ред. И.А. Спицына. М.: Колос, 2006.
2. Курочкин А.А., Коновалов В.В., Мишин К.М. Устройство для ввода жира в концентрированные корма // Комбикорма. 2002. №7. С. 18.
3. Гусев С.В., Коновалов В.В., Щербаков С.И. Мобильный раздатчик-смеситель // Животновод. 2003. №4. C. 25.
4. Иноземцева Л.В., Коновалов В.В. Увлажнитель кормов для малых ферм // Техника в сельском хозяйстве. 2003. №5. С. 38.
5.Смеситель сухих кормов / И.А. Боровиков, В.В. Коновалов, С.В. Гусев [и др.] // Техника и оборудование для села. 2006. №7. С. 15.
6. Коновалов В.В. Снижение потерь кормов в свиноводстве // Достижения науки и техники АПК. 2003. №1. С. 32-33.
7. Чупшев А.В., Коновалов В.В. Влияние технологических параметров работы смесителя микродобавок // Нива Поволжья. 2009. №2. С. 76-81.
8. Обоснование технологических параметров смесителя кормов / В.В. Коновалов, В.П. Те-рюшков, И.А. Боровиков // Нива Поволжья. 2006. №1. С. 27.
9. Чупшев А.В., Коновалов В.В., Гусев С.В. Экспериментальные исследования смесителя кормов // Нива Поволжья. 2008. №2. С. 69-75.
10. Димитриев Н.В. Результаты лабораторных исследований барабанных смесителей периодического действия // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России. Пенза: РИО ПГСХА, 2011. Т. 2. С. 104-105.
11. Обоснование угла установки емкости и длительности перемешивания сухих смесей барабанным смесителем / В.В. Коновалов [ и др.] // Нива Поволжья. 2013. №1(26). С. 46-50.
12. К вопросу определения качества смеси у барабанного смесителя / С.С. Петрова [ и др.] // Известия Самарской государственной с.-х. академии. 2012. №3. С. 67-72.
Коновалов Владимир Викторович, доктор технических наук, профессор Димитриев Николай Владимирович, аспирант Чупшев Алексей Владимирович, кандидат технических наук Терюшков Вячеслав Петрович, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» E-mail: [email protected]
The results of studies of the drum mixer batch of up to 0,2 m used in the construction of mixed fodder in livestock facilities. Set rational inclination of the axis of rotation of the drum horizontally 15 ° the mixing time 240-300 seconds. The quality of the mixture is provided with a share of the controlling component of more than 12%. Keywords: quality of the mixture, the uniformity of the mixture, drum mixer, the degree of fiUmg.
