AGRIS - 

2023

Khafizov, K.A. | Khafizov, R.N. | Nurmiev, A.A. | Galiev, I.G. | Bajgil'deeva, E.I.

Investigations were realized in the Republic of Tatarstan. The ways to reduce the integral emission of carbon dioxide into the atmosphere by optimizing the equipment parameters and its operating modes were identified. Numerous computational experiments were carried out using a mathematical model of chiselling aggregate. The criterion for their operation efficiency is the minimum integral CO2 emission by the aggregate over the entire life cycle. The optimal parameters of a chisel cultivator aggregate for the specified operating conditions were identified: weight – 150 kN, engine power – 477 hp, operating width – 7 m, operating speed – 9.5 km/h. With such values of the main parameters of a tractor and aggregate, the CO2 emission into the atmosphere is minimum, it equals of 423 kg/ha. The total energy costs will amount to 3,247 MJ/ha, performance for 1 h of shift time is 3.77 ha/h, fuel consumption per a hectare is 13.8 kg/ha, conventional traction efficiency coefficient is 0.72. The tractor weight changes toward increasing or decreasing will lead to an increase in the specific total energy costs and the amount of CO2 emitted into the atmosphere. The influence of some factors such as work volume, planned yield, chisel cultivator specific resistivity, etc. on the value of the integral CO2 emission during aggregate operation was determined. The possibility of reducing the integral emission of carbon dioxide in the range from 100 to 2,000 kg/ha, depending on the aggregate operating conditions and the equipment used, was revealed. It has been found that a decrease in the specific resistivity of the chisel cultivator from 16 kN/m to 8 kN/m leads to a decrease in CO2 emissions from 565 to 325 kg/ha, which will average out at 30 kg/ha per 1 kN/m. | Исследования проводили в Республике Татарстан. Выявляли пути снижения интегрального выброса диоксида углерода в атмосферу за счет оптимизации параметров техники и режимов её работы. Проведены многочисленные вычислительные эксперименты с использованием математической модели агрегатов на глубоком рыхлении почвы. Критерий эффективности их эксплуатации – минимальный интегральный выброс СО2 агрегатом за весь жизненный цикл. Выявлены оптимальные параметры агрегата глубокорыхлителя для заданных условий их работы: вес – 150 кН, мощность двигателя – 477 л.с., ширина захвата – 7 м, рабочая скорость – 9,5 км/ч. При таких значениях основных параметров трактора и агрегата обеспечивается минимальный выброс в атмосферу СО2, равный 423 кг/га. Суммарные энергетические затраты составят 3247 МДж/га, производительность за 1 час времени смены – 3,77 га/ч, погектарный расход топлива – 13,8 кг/га, условный тяговый коэффициент полезного действия трактора (КПД) – 0,72. Изменение веса трактора в сторону увеличения или уменьшения приведет к росту удельных суммарных энергетических затрат и количества СО2, выбрасываемого в атмосферу. Определено влияние некоторых факторов (объема работы, планируемой урожайности, удельного сопротивления глубокорыхлителя и др.) на величину интегрального выброса СО2 при эксплуатации агрегата. Выявлена возможность снижения интегрального выброса диоксида углерода в пределах от 100 до 2000 кг/га, в зависимости от условий работы агрегатов и используемой техники. Установлено, что снижение удельного сопротивления глубокорыхлителя с 16 кН/м до 8 кН/м приводит к снижению выброса СО2 с 565 до 325 кг/га, что составит в среднем 30 кг/га на 1 кН/м.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2023

Khaliullin, D.T. | Shogenov, Yu.Kh. | Ziganshin, B.G. | Popoldnev, R.S. | Gajfullin, I.Kh.

The study purpose is to establish the main design and technological parameters of an improved corn cob chopper, which will improve the quality of the kernel-stalk mixture and the energy efficiency of the process. Based on the analysis, the disadvantages of existing choppers were identified, such as high metal consumption, high level of energy consumption as well as insufficient cutting efficiency. The main factors influencing the chopping process are the moisture content of the crushed materials, the rotor rotation speed, the total area, the number and shape of cutting knives, the angle of inclination and the number of counter-cuts. The improved feed chopper is developed at the Kazan State Agricultural University. It has a number of advantages compared to analogues: a more uniform effect on the crushed material, a reduction in energy intensity by 12% due to multi-stage cutting, the uniformity of crushed feed containing particles no larger than 15 mm reaches 75%. The experiments showed that the cutting time depends on the angular parameters of the counter-cutting knives, however, with an increase of the rotor rotation speed this dependence decreased. The chopper operates as follows: corn cobs are fed through the inlet pipe into the cone chamber, where they are multi-stagedly chopped using knives. The moving rotor consists of 9 knives made of alloy steel and having different lengths, from 140 to 304 mm. The crushed feed enters the lower part of the chamber where under the action of a paddle thrower it is unloaded through the unloading pipe. The paddle thrower also has blades that increase the degree of chopping. The rotation speed of the cutting knives recommended for chopping corn cobs with a moisture content of up to 66% is 1200 and 1500 rpm. | Цель исследований – определение основных конструктивно-технологических параметров усовершенствованного измельчителя початков кукурузы, позволяющих повысить качество зерностержневой смеси и энергоэффективность процесса. На основе проведенного анализа выявлены недостатки существующих измельчителей: большая металлоемкость, высокий уровень энергопотребления, а также недостаточная эффективность измельчения. Основные факторы, влияющие на процесс измельчения - влажность измельчаемых материалов, скорость вращения ротора, суммарная площадь, число и форма режущих ножей, угол наклона и число противорезов. В Казанском ГАУ разработан измельчитель кормов, который имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогами. Он оказывает более равномерное воздействие на измельчаемый материал, его энергоемкость ниже на 12% за счет многоступенчатого резания, однородность измельченного корма с частицами размером не более 15 мм достигает 75%. В проведенных экспериментах наблюдалась зависимость времени процесса измельчения от угловых параметров противорежущих ножей, однако при увеличении частоты вращения ротора эта зависимость снижалась. Измельчитель работает следующим образом: через приемный патрубок в конусную камеру подаются початки кукурузы, где с помощью ножей происходит их многоступенчатое измельчение. Вращающийся измельчающий ротор состоит из 9 ножей, выполненных из легированной стали и имеющих различную длину – от 140 до 304 мм. Измельченный корм поступает в нижнюю часть камеры, где под действием лопастной швырялки через выгрузной патрубок осуществляется его выгрузка. На лопатке швырялки также имеются лезвия, увеличивающие степень измельчения. Рекомендуемая частота вращения режущих ножей для измельчения початков кукурузы с содержанием влаги до 66% составляет 1200 и 1500 об./мин.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2023

Pshenov, E.A. | Bleskin, S.S.

The process of separating the transported material from the carrying gas flow in cyclones at grain-processing enterprises is studied. Feed production is accompanied by the formation of fine flour dust which is a valuable component of fermented feed. Aspiration systems of mini-fodder plants do not provide full capture of it, which leads to contamination of the premises, as well as some product losses. During the analysis of designs and ways to improve centrifugal apparatuses, it was determined that installation of additional swirling devices in the cyclone exhaust pipe is promising for cleaning the air flow from fine dust. The design of cyclone with an additional stage of cleaning the air flow from fine flour dust in the outlet nozzle, used in the pneumatic conveying system of mini-fodder plant, is proposed. The diameter of the axial pipe socket is enlarged to accommodate the baffle cone and vortex funnel inside it. The diameter of the outlet nozzle should be smaller than the diameter of the upper base of the vortex funnel to reduce the fine fraction escape from the cyclone. An experimental unit was developed including a charging hopper, pneumatic receptor-diverter, material pipeline, cyclone, filter, and a suction fan. The material used was wheat grain with a moisture content of 16%, crushed on a hammer crusher with 3 mm mesh. Comparative tests of the proposed cyclone with cyclones of the DC and SNT types were carried out, the results of which prove the effectiveness of the proposed design. In the investigated flow rate ranges (from 0.026 to 0.33 kg/s) the efficiency of the two-stage cyclone in feeding the transported material was higher than that of the commercially available discharger cyclones DC. | Исследован процесс сепарации транспортируемого материала от несущего газового потока в циклонных аппаратах на зерноперерабатывающих предприятиях. Производство комбикормов сопровождается образованием мелкодисперсной мучной пыли, которая является ценным компонентом ферментированных кормов. Системы аспирации миникомбикормовых заводов не обеспечивают ее улавливание в полном объеме, что приводит к загрязнению помещений и потере части продукта. В ходе анализа конструкций и путей совершенствования центробежных аппаратов определено, что перспективно устанавливать в выхлопном патрубке циклона дополнительные закручивающие устройства для очистки воздушного потока от мелкой пыли. Предложена конструкция циклона с дополнительной ступенью очистки воздушного потока от мелкой мучной пыли в выходном патрубке, используемая в системе пневмотранспорта миникомбикормового завода. Диаметр осевого патрубка увеличен для размещения внутри его отбойного конуса и вихревой воронки. При этом диаметр выходного патрубка должен быть меньше диаметра верхнего основания вихревой воронки для снижения выноса мелкой фракции из циклона. Разработана экспериментальная установка, включающая загрузочный бункер, пневмоприемник-отвод, материалопровод, циклон, фильтр и всасывающий вентилятор. В качестве материала использовано зерно пшеницы влажностью 16%, измельченное на молотковой дробилке с диаметром отверстий в решете 3 мм. Произведены сравнительные испытания предлагаемого циклона с циклонами типа ЦР и SNT, результаты которого доказывают эффективность предложенной конструкции. В исследуемом диапазоне скоростей потока (от 0,026 до 0,33 кг/с) эффективность двухступенчатого циклона по подаче транспортируемого материала была выше, чем у серийно выпускаемых циклонов-разгрузителей типа ЦР.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2023

Shigimaga, V.A. | Fajzullin, R.A. | Osokina, A.S.

There is given the substantiation of the main parameters of an unmanned automated herd monitoring system on a pasture by automating the measurement of current physiological indicators of animals to improve the efficiency and rate of supervision over them in free grazing conditions. The studies were based on the theory of radio communication about the propagation of radio waves, and also there was used a graphoanalytic method for calculating the parameters of component elements as parts of an unmanned system for automated monitoring of animals on pasture. The DJI Phantom 4 Advanced quadcopter was used to measure the flight time of an unmanned aerial vehicle (UAV) over the real pasture. An experimental field with an area of 200 hectares, located in the Kharkov region, was used as a pasture. The research was carried out in summer of 2021. According to the results of well-known studies of the processes, methods, and facilities of monitoring the physiological state of animals on pasture, it has been established that the advanced facilities including air-launch vehicles should be used for remote monitoring. Among them are helicopter-type UAVs, as well as elements of the radio telemetry system (RTM), individual tags and sensors of the physiological parameters of the animal. At the same time, an unmanned automated monitoring system in combination with RTM elements is able to provide the transmission of physiological data from any sensors located on the animal's body or inside it. The data are transmitted to the main reading sites for processing on a PC and giving recommendations to specialists (veterinarians, zootechnicians, etc.). The power of the relay equipment on board the UAV is calculated to be at least 60 mW and the communication range with the animal transponder of not more than 800 m. The main parameters of the UAV flight over a pasture of 200 ha have been experimentally established: the height is 20 m, the speed is 8.7 km/h, the time is 27.5 min, and the work load is 350 g. | Приведено обоснование основных параметров беспилотной системы автоматизированного мониторинга стада на пастбище за счет автоматизации измерения текущих физиологических показателей животных для повышения эффективности и оперативности надзора за ними в условиях свободного выпаса. Исследования основывались на теории радиосвязи о распространении радиоволн, а также применен графоаналитический метод для расчета параметров элементов в составе беспилотной системы автоматизированного мониторинга животных на пастбище. Для измерения времени полета беспилотного летательного аппарата (БПЛА) над реальным пастбищем был применен квадрокоптер типа DJI Phantom 4 Advanced. В качестве пастбища использовали опытное поле площадью 200 га, находящееся в Харьковской области. Исследования выполнены летом 2021 г. На основе известных исследований процессов, способов и технических средств мониторинга физиологического состояния животных на пастбище установлено, что для дистанционного мониторинга целесообразно применять новейшие технические средства, включая аппараты воздушного базирования. Среди них БПЛА вертолетного типа, а также элементы системы радиотелеметрии (РТМ), индивидуальные бирки и датчики физиологических параметров животного. Беспилотная система автоматизированного мониторинга в сочетании с элементами РТМ сможет обеспечить передачу физиологических данных с любых датчиков, находящихся на теле животного или внутри него. Данные передаются на основной пункт приема информации с целью обработки на компьютере и выдачи рекомендаций специалистам (ветеринарам, зоотехникам и т.п.). Рассчитаны мощность аппаратуры ретрансляции на борту БПЛА (не менее 60 мВт) и дальность связи с транспондером животного (не более 0,8 км). Экспериментально установлены основные параметры полета БПЛА над пастбищем площадью 200 га: высота 20 м, скорость 8,7 км/ч, время 27,5 мин, полезная нагрузка 350 г.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2023

Godzhaev, Z.A. | Ovchinnikov, E.V. | Ovcharenko, A.S.

The operation of most wheeled tractor designs leads to over-compaction of the soil when performing spring and autumn agricultural work on weak grounds. The purpose of the research is to develop the design, to evaluate strain-stress state and functional characteristics of undercarriages of half-crawler attachment agricultural tractors. An experimental design of the replaceable track undercarriage (RTU) was developed and manufactured, modeling of charging modes was performed, and calculations were carried out by the finite element method of the stress-strain state of structural elements according to 6 charging schemes – tractor parking place on a flat horizontal surface; movement with maximum draught; parking place across a 30 deg. slope for the upper track; parking place across a 30 deg. slope for the lower track; RTU deflected hindrance driving of 15 deg.; hindrance passing supported by central rollers. As a result, the calculations have determined that the selected structural material, with the above charging modes ensure the operability of RTU. Calculations were carried out to check the adequacy of the developed mathematical model using field tests of the Federal Scientific Agrarian Design Center of the All-Russian Institute of Mechanization. It was determined that the maximum stress-strain state of the frame structure of RTU for all types of charging did not exceed 100 MPa. This provides a dual margin of safety in terms of fluidity of the structure, with reference to the characteristics of the selected material. In the maximum loaded state - parking place across a 30 deg. 30° is the highest stress on the upper track is 161 MPa, which corresponds to a safety margin of 1.45. The deformation of the gearing assembly was no more than 4 mm, which is allowed by the design of the drive assembly and the track. The use of RTU instead of wheels improves the functional and operational characteristics of agricultural machinery in terms of floatation ability, tow properties and floor pressure at least 1.8 times. | Эксплуатация большинства конструкций колесных тракторов приводит к переуплотнению почвы при выполнении весенне-осенних сельхозработ на слабонесущих грунтах. Цель исследований – разработка конструкции, оценка напряженно-деформированного состояния и функциональных характеристик ходовых систем с.-х. тракторов со сменной полугусеницей. Разработана и изготовлена опытная конструкция сменной (съемной) гусеничной ходовой системы (СГХС), выполнено моделирование нагрузочных режимов, проведены расчеты методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния элементов конструкции по 6 нагрузочным схемам – стоянка трактора на ровной горизонтальной поверхности; движение с максимальной силой тяги; стоянка поперек уклона в 30 градусов для верхней гусеницы; стоянка поперек уклона в 30 градусов для нижней гусеницы; заезд на препятствие с отклонением СГХС на 15 градусов; проезд препятствия с опорой на центральные катки. По результатам расчетов определено, что выбранный конструкционный материал при вышеназванных режимах нагружения обеспечивает работоспособность СГХС. Проведены расчеты по проверке адекватности разработанной математической модели при испытаниях на опытных полях Федерального научного агроинженерного центра Всероссийского института механизации. Определено, что, максимальное напряженно-деформированное состояние конструкции рамы СГХС, при всех видах нагружения не превысило 100 МПа. Это обеспечивает двукратный запас прочности по текучести конструкции с учетом характеристик выбранного материала. В максимально нагруженном состоянии – стоянка поперек уклона 30 градусов – наибольшее напряжение на верхней гусенице составляет 161 МПа, что соответствует запасу прочности 1,45. Деформация подшипникового узла составила не более 4 мм, что допускается конструкцией узла привода и гусеницы. Применение СХГС взамен колес улучшает функциональные и эксплуатационные характеристики сельхозтехники по проходимости, тягово-сцепным свойствам и по давлению на почву как минимум в 1,8 раза.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2023

Petrashev, A.I.

The research purpose is to develop a method for determining the length and working angle of deflection of the propeller shaft at the design stage of attachments driven by the tractor' power take-off (PTO). The need to develop a method for determining the length and working angle of of the propeller shaft deflection in the design of the drive from tractor' PTO for attachments with lateral displacement of the power transmission shaft (VPM) is revealed. A transcendental function relating the tangents of the vertical, lateral and working angles of deflection of the propeller shaft from the PTO axis is obtained, its identity to the circle equation is proved. An approximate algebraic dependence is substantiated, valid for calculating the working angle of deflection of the propeller shaft in the range from 0 to 15 deg. with an error of up to 2.2%, and in the interval from 15 to 22 deg. with an error of up to 5%. Calculated dependences are presented, which make it possible to determine the length and working angle of deflection of the telescopic propeller shaft in accordance with the parameters of the rear linkage of tractor and developed mounted compressor equipment. A rational method for adjusting the length of the actual propeller shaft in accordance with the calculated parameters is proposed. The manufactured prototype was hung on the MTZ-80 tractor, its power intake shaft is connected to the PTO of the tractor by means of a modernized propeller shaft. The actual length of the propeller shaft in the centers of the hinges (664 mm) was close to the calculated length (656 mm). A slight difference in the actual length from the calculated one was due to a malfunction of the vertical adjustment in the rear linkage of the tractor. The convergence of the calculated and actual results confirms the practical value of the proposed method for determining the parameters of the propeller shaft at the stage of attachment designing. | Цель исследований – разработать метод определения длины и рабочего угла отклонения карданного вала на этапе проектирования навесного оборудования с приводом от вала отбора мощности (ВОМ) трактора. Выявлена потребность в разработке метода определения длины и рабочего угла отклонения карданного вала при проектировании привода от ВОМ трактора для навесного оборудования с боковым смещением вала передачи мощности (ВПМ). Получена трансцендентная функция, связывающая тангенсы вертикального, бокового и рабочего углов отклонения карданного вала от оси ВОМ, доказана ее идентичность с уравнением окружности. Обоснована приближенная алгебраическая зависимость, действительная для расчета рабочего угла отклонения карданного вала в интервале от 0 до 15 градусов с погрешностью до 2,2, а в интервале от 15 до 22 градусов – с погрешностью до 5. Представлены расчетные зависимости, позволяющие определять длину и рабочий угол отклонения телескопического карданного вала в соответствии с параметрами задней навески трактора и разрабатываемого навесного компрессорного оборудования. Предложен рациональный способ корректировки длины фактического карданного вала в соответствии с рассчитанными параметрами. Изготовленный образец оборудования был навешен на трактор МТЗ-80, его ВПМ соединен с ВОМ трактора посредством модернизированного карданного вала. Фактическая длина карданного вала по центрам шарниров (Lф = 664 мм) оказалась близка к расчётной длине (L = 656 мм). Незначительное отличие фактической длины от расчетной было обусловлено неисправностью вертикальной регулировки в задней навеске трактора. Сходимостью расчетных и фактических результатов подтверждена практическая ценность предложенного метода определения параметров карданного вала на стадии проектирования навесного оборудования.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2023

Khazhmetov, L.M. | Dzuganov, V.B. | Apkhudov, T.M. | Zammoev, A.U. | Makuashev, I.O.

Depending on both design and age of the plantings, the volume of branches pruned when tending of perennial fruit plantations is 3-20 t/ha. These branches should be chopped before disposal. The main disadvantage of machines available on the market for picking and chopping cut branches is the high energy intensity of the chopping process. It is relevant to develop and study the design of a pick-up chopper that allows picking up and chopping cut branches of fruit trees with minimal energy capacity. The purpose of the work is to determine the energy intensity of chopping cut branches of fruit trees using a two-roll rotary shredder. The subject of the study is the energy intensity of the process of chopping cut branches. The research was carried out using methods of physical and mathematical modeling and the theory of mathematical experimental planning. Analytical dependencies were obtained to calculate the drive power of the shredder. An experimental laboratory installation has been developed. A regression equation was obtained, and the power dependences required for chopping cut branches of fruit trees on the design parameters of a rotary twin-roll shredder were constructed. It has been established that the minimum power (6.5 kW) spent on chopping cut branches of fruit trees is ensured with the following parameters of a two-roll rotary shredder: branch feed speed of 1.4 m/s; peripheral speed of the cutting edge of the knife of 11 m/s; the gap between the cutting edge of the knife and the shaft of the opposite rotor of 0.003 m; with an hourly performance of the pick-up chopper equal to 0.8 ha/h. The energy intensity of the process of chopping cut branches of fruit trees is 8.13 kW*h/ha. | В зависимости от конструкции насаждений и их возраста объем ветвей, обрезаемых при уходе за многолетними плодовыми насаждениями, составляет 3-20 т/га. Для утилизации ветви необходимо измельчить. Основным недостатком доступных на рынке машин для подбора и измельчения срезанных ветвей является высокая энергоемкость процесса измельчения. Актуальна разработка и исследование конструкции подборщика-измельчителя, позволяющего подбирать и измельчать срезанные ветви плодовых деревьев с минимальной энергоемкостью. Цель работы – определение энергоемкости измельчения срезанных ветвей плодовых деревьев роторным двухвалковым измельчителем. Предмет исследования – энергоемкость процесса измельчения срезанных ветвей. Исследования проведены с использованием методов физического и математического моделирования и теории математического планирования эксперимента. Получены аналитические зависимости для расчета мощности привода измельчительного устройства. Разработана экспериментально-лабораторная установка. Получено уравнение регрессии и построены зависимости мощности, необходимой для измельчения срезанных ветвей плодовых деревьев, от конструктивных параметров роторного двухвалкового измельчителя. Установлено, что минимальная мощность (6,5 кВт), затрачиваемая на измельчение срезанных ветвей плодовых деревьев, обеспечивается при следующих параметрах двухвалкового роторного измельчителя: скорость подачи ветвей 1,4 м/с; окружная скорость режущей кромки ножа 11 м/с; зазор между режущей кромкой ножа и валом противоположного ротора 0,003 м; при часовой производительности подборщика-измельчителя равной 0,8 га/ч. Энергоемкость процесса измельчения срезанных ветвей плодовых деревьев составляет 8,13 кВт*ч/га.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2023

Fialkova, E.A. | Baronov, V.I. | Shevchuk, V.B. | Novichikhin, V.D. | Nechaev, K.A.

The process of thickening of nanofiltration whey concentrate in a special apparatus has been studied. Computer simulation of hydrodynamic processes was used. The aim of the work is to substantiate the design, operational and technological parameters, and operating modes of the apparatus. The research was carried out in relation to an enterprise with a processing requirement of 10 t of whey per day. The initial whey thickening to a solids content of about 30% was supposed to be performed by nanofiltration with an additional diafiltration operation. The apparatus is a cylinder equipped with an outer steam jacket and an agitator inside. Before thickening, the product is heated to 70 deg. C, comes into the apparatus by gravity from the tank, fills the bottom of the annular space and flows through the annular lapel into the working part of the concentrator. The thin layer of the product is constantly mixed, which enhances both heat transfer and evaporation. The liquid gradually moves through the cylinder, thickens, and gets out into the hole. To remove fumes, fresh air is blown through the apparatus. Shields are installed on the axis of the agitator, directing air jets to the liquid evaporation surface on the inner wall of the cylinder. The product in the apparatus is heated by exhaust steam with a pressure of 0.13 MPa. It has been established that when the whey nanofiltrate is thickened on the proposed evaporator to a solids content of 55% in 9 h at an agitator rotary velocity of 100 to 200 rpm, the air consumption is 1683.5 kg/h. The longitudinal air velocity in the apparatus is 1 m/s, the heat exchange surface area is 0.467 m2, the diameter of the inner shell is 0.77 m, and the length of the apparatus is 2 m. Theoretical studies and computer simulation have shown that the minimum droplet size formed in the apparatus is 5 mm. Droplets of this size are not carried away from the apparatus by air. The proposed design and technological parameters of the apparatus are acceptable for concentrating curd whey nanofiltration concentrate on it. | Изучен процесс сгущения нанофильтрационного концентрата молочной сыворотки в специальном аппарате. Использовано компьютерное моделирование гидродинамических процессов. Цель работы - обоснование конструктивных, эксплуатационных и технологических параметров и режимов работы аппарата. Исследования проводили применительно к предприятию с потребностью переработки 10 т сыворотки в сутки. Первоначальное сгущение сыворотки до содержания сухих веществ около 30% предполагали производить нанофильтрацией с дополнительной операцией диафильтрации. Аппарат представляет собой цилиндр с наружной паровой рубашкой и мешалкой внутри. Перед сгущением продукт подогревается до 70 град. С, самотеком поступает в аппарат из бака, заполняет низ кольцевого пространства и через кольцевой отворот переливается в рабочую часть концентратора. Тонкий слой продукта постоянно перемешивается, что усиливает как теплопередачу, так и испарение. Жидкость постепенно передвигается по цилиндру, сгущается и выходит в отверстие. Для удаления паров через аппарат продувают свежий воздух. На оси мешалки установлены щиты, направляющие струи воздуха на поверхность испарения жидкости на внутренней стенке цилиндра. Продукт в аппарате подогревается отработанным паром с давлением 0,13 МПа. Установлено, что при сгущении нанофильтрата молочной сыворотки на предлагаемом выпарном аппарате до содержания сухих веществ 55% за 9 ч при частоте вращения мешалки от 100 до 200 оборотов в минуту расход воздуха составляет 1683,5 кг/час. Продольная скорость воздуха в аппарате 1 м/с, площадь поверхности теплообмена 0,467 м2, диаметр внутренней обечайки 0,77 м и длина аппарата 2 м. Теоретические исследования и компьютерное моделирование показали, что минимальный размер капель, образующихся в аппарате, составляет 5 мм. Капли такого размера не уносятся из аппарата воздухом. Предложенные конструктивные и технологические параметры аппарата допустимы для концентрирования на нем нанофильтрационного концентрата творожной сыворотки.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2023

Goryunov, S.V. | Feryabkov, A.V. | Khapitskaya, I.V.

A possibility of reducing the energy consumption of grinding mechanisms is considered. The work of existing designs of feed mixer shredders is analyzed. Disadvantages of shredders with hammer, pin and knife working bodies are noted. The original design of cutting elements, which consists of two screws, is proposed. One screw working body is made with a spiral flight and installed inside the second screw working body with a ribbon flight. The directions of screw rotation are opposite. A spiral flight screw is used as a shear element. The turns of the screw are located at an angle to the central axis in the horizontal plane. This provides a necessary sharpening angle, as a result of which the working part of the cutting elements has the shape of a single-side wedge. Kinematic and force analyses of the grinding mechanism are carried out. The variants of using screws with the turn inclination in parallel and cross directions are considered. It is established that when the turns are tilted in parallel, chopping cutting is carried out in the grinding mechanism. In this case, the material is crushed in the gap along the entire length of the helix. When the turns are tilted crosswise, sliding cutting is carried out. The material is crushed at the intersection points of the turns, and the mechanism works like a segment apparatus of harvesting machines. Plans of the forces acting on the cutting elements are constructed and the condition of pinching of the processed material in the cutting pair is determined. The expediency of using the pending design of the grinding mechanism with screws acting as cutting elements is substantiated. | Рассматривается возможность снижения энергопотребления измельчающих механизмов. Проанализирована работа существующих конструкций измельчителей-смесителей кормов. Отмечены недостатки измельчителей с молотковыми, штифтовыми и ножевыми рабочими органами. Предлагается оригинальная конструкция режущих элементов, которая состоит из двух шнеков. Один шнековый рабочий орган выполнен со сплошным винтом и установлен внутри второго шнекового рабочего органа с ленточным винтом. Направления вращения шнеков противоположны. Шнек со сплошным винтом используется в качестве противорежущего элемента. Витки шнеков расположены под углом к центральной оси в горизонтальной плоскости. Это обеспечивает необходимый угол заточки, в результате чего рабочая часть режущих элементов имеет форму одностороннего клина. Проведены кинематический и силовой анализы измельчающего механизма. Рассмотрены варианты использования шнеков с наклоном витков в параллельном и перекрестном направлениях. Установлено, что при параллельном наклоне витков в измельчающем механизме осуществляется рубящее резание. В этом случае материал измельчается в зазоре по всей длине винтовой линии. При перекрестном наклоне витков осуществляется скользящее резание. Материал измельчается в точках пересечения витков, а механизм работает подобно сегментному аппарату уборочных машин. Построены планы сил, действующих на режущие элементы, определено условие защемления обрабатываемого материала в режущей паре. Обоснована целесообразность использования рассматриваемой конструкции измельчающего механизма со шнеками, выступающими в качестве режущих элементов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2023

Khozyaev, I.A. | Gucheva, N.V. | Bakhchevnikov, O.N. | Alferov, A.S.

The uniform mixing of feed components is an urgent problem. To solve it, it is proposed to use vibrating mixers. The tray vibrating mixer's operation process hasn't been investigated sufficiently, that makes it difficult to select the rational parameters for its operation. This research purpose is to determine the rational parameters of tray vibration mixer operation ensuring the uniform mixing of feed components. A three-level second-order Box design was used to compile a mathematical model of the experiment. The dependence of the mixing uniformity of two raw material types on the feed rate of the components, the amplitude and frequency of the vibrating mixer tray vibrations was investigated. A regression equation adequately describing the process of vibration mixing with variable factors was derived. There were obtained data on the influence of variable factors, there was created a mathematical model of the mixing process of two components, which allows calculating the variation coefficients within the accepted variation ranges of input factors. It has been found that with an increase in the tray oscillation frequency, the mixing uniformity increases, however, after reaching the oscillation frequency of 22.4 Hz, the movement of material particles in the opposite direction begins, that reduces the mixer performance. The rational values of the operation parameters of the vibrating tray mixer are determined: the feed rate of the components is 92-93 kg/h, the oscillation frequency of the tray is 20.2–20.8 Hz, and the oscillation amplitude is 0.0022-0.0024 m. Under such values of mixer parameters, components mixing uniformity reaches 93,2%. This makes it possible to ensure compliance with zootechnical requirements for feed mixing quality. | Равномерное смешивание компонентов кормов является актуальной проблемой. Для решения этой проблемы предложено использовать вибрационные смесители. Процесс работы лоткового вибрационного смесителя еще недостаточно исследован, что затрудняет подбор рациональных параметров его эксплуатации. Цель исследований – определение рациональных параметров работы лоткового вибрационного смесителя, обеспечивающих равномерное смешивание компонентов смеси кормов. Для составления математической модели эксперимента был использован трехуровневый план Бокса второго порядка. Исследовали зависимость однородности смешивания двух видов сырья от скорости подачи компонентов, амплитуды и частоты колебаний лотка вибрационного смесителя. Было выведено уравнение регрессии, адекватно описывающее процесс вибрационного смешивания при варьировании факторов. Получены данные о влиянии варьируемых факторов, создана математическая модель процесса смешивания двух компонентов, позволяющая рассчитать коэффициенты вариации внутри принятых диапазонов варьирования входных факторов. Установлено, что при увеличении частоты колебаний лотка однородность смешивания увеличивается, однако после достижения частоты колебаний 22,4 Гц начинается движение частиц материала в обратном направлении, что снижает производительность смесителя. Определены рациональные значения параметров работы вибрационного лоткового смесителя: скорость подачи компонентов 92-93 кг/ч, частота колебаний лотка 20,2-20,8 Гц, амплитуда колебаний 0,0022-0,0024 м. При таких значениях параметров смесителя однородность смешивания компонентов достигает 93,2%. Это позволяет обеспечить соответствие зоотехническим требованиям к качеству смешивания кормов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation