Исследование процесса приготовления кормовой смеси при порционном внесении компонентов

in studying heat conductivity of metals), Uspekhi fizicheskikh nauk, 1971, Vyp. 2, T. 105, pp. 329-351.

9. Veinik A. I. Termodinamika real'nykh protsessov (Thermodynamics of real processes), Minsk, Nauka i tekhnika, 1991, 576 p.

10. Veinik A. I., Prilepin V. I., Efimov A. M. Metod opredeleniya teplofizicheskikh svoistv metallov i splavov (Method of determining the thermophysikal properties of metals and alloys), Teplofizicheskie svoistva tverdykh veshchestv, Moscow, Nauka, 1976, pp. 44-49.

11. Kudryavtsev V. S. Istoriya fiziki. T.3. Ot otkrytiya kvant do sozdaniya kvantovoi mekhaniki (1900-1925) (A history of physics. Vol. 3 From quant discovery to creating of quant mechanics (1900-1925)), Moscow, Prosveshchenie, 1971, 424 p.

12. Dorfman Ya. G., Kikoin I. K. Fizika metallov. Elektricheskie, opticheskie i magnitnye svoistva (Physics of metals. Electrical, optical and magnetic properties), Moscow, GTTI, 1933, 552 p.

13. Frenkel' Ya. I. Vvedenie v teoriyu metallov (Introduction into the theory of metals), Moscow, GIFML, 1958, 368 p.

14. Koshman V. S. Ob odnom podkhode k obobshcheniyu opytnykh dannykh po teplofizicheskim svoistvam ele-mentov periodicheskoi sistemy D.I. Mendeleeva (One approach to the synthesis of experienced data on thermal properties of elements in the periodic system of D. I. Mendeleev), Permskii agrarnyi vestnik, 2014, No.2, pp. 35-42.

15. Koshman V. S. Rasshirenie vozmozhnostei prognoza teploprovodnosti izdelii iz metallicheskikh splavov (Enhancement of prediction possibilities of thermal conductivity of metal alloy products ), Permskii agrarnyi vestnik, 2015, No.2, pp. 36-45.

16. Prikhod'ko I. M., Koshman V. S. O zakonomernostyakh dlya teploemkosti elementov periodicheskoi sistemy D.I. Mendeleeva (On the regularities for heat conductivity of the elements of the Periodic System of D.I.Mendeleev), IFZh, 1983, T. 45, No.6, pp. 969-974.

17. Regel' A. R., Glazov V. M. Fizicheskie svoistva elektronnykh rasplavov (The Physical properties of electronic molten metals), Moscow, Nauka, 1980, 296 p.

18. Koshman V. S. O zakonomernostyakh dlya integral'noi kharakteristiki teplofizicheskikh svoistv elementov periodicheskoi sistemy D.I. Mendeleeva (On the laws of integral characteristic of thermal properties of the elements in the D.I. Mendeleev periodic system), Permskii agrarnyi vestnik, 2014, No.1, pp. 22-27.

19. Koshman V. S. O temperaturnoi zavisimosti kompleksa teplofizicheskikh svoistv elementov periodicheskoi sistemy D.I. Mendeleeva (Temperature dependence of complex of thermophysical properties elements in the Mendeleev periodic table), Permskii agrarnyi vestnik, 2014, No.4, pp. 22-26.

УДК 68.85.15

ИССЛЕДОВАНИЕ

ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВОЙ СМЕСИ ПРИ ПОРЦИОННОМ ВНЕСЕНИИ КОМПОНЕНТОВ

В. Г. Мохнаткин, д-р техн. наук, профессор; А. С. Филинков, канд. техн. наук, доцент; П. Н. Солонщиков, канд. техн. наук, доцент; ФГБОУ ВО Вятская ГСХА, Октябрьский пр-т, 133, Киров, Россия, 610017 E-mail: solon-pavel@yandex.ru

Аннотация. Предлагается решение проблемы кормопроизводства за счет внедрения новых конструкционно-технологических решений, применяемых в кормоприготовительных машинах. Предложена установка для приготовления смесей и исследовано качество смеси при порционном внесении компонентов. Для оценки качества и устойчивости смеси использовали следующие показатели: стабильность к коалесценции (полное разделение среды на составляющие фазы) Тк, и полная стабильность (до появления каких-либо визуально наблюдаемых изменений в составе пробы) Тс. Был реализован план на шестиугольнике для двух факторов. Первым фактором являлась частота вращения вала n, а вторым - время приготовления смеси t. Однородность полученной дисперсии была оценена по критерию Кохрена, значения составляли GGni=0,010 и Ооп2=0,866 при числе степеней свободы /1=2 и/2=7. А адекватность уравнений проверена с помощью F-критерия Фишера, при пятипроцентном уровне значимости и числе степеней свободы fi=4 и/2=14 - расчётные значения F-критерия Грасч1=2,223 и ^расч2=1,3. При исследовании динамическая вязкость воды составляла ^=1,002 (Нс/м2)10-3, при этом наиболее устойчивое состояние при приготовлении смеси будет при частоте вращения n=1000 мин-1 и времени t=3 мин; оптимальными значениями показателей качества смешивания будут следующие: стабильность к коалесенции Тк=98 ч, полная стабильность Тс=57 с.

Ключевые слова: заменитель молока, молодняк, затраты, смешивание, стабильность, фактор, оптимизация, компонент, вязкость, частота вращения.

Введение. Решающая роль в технологии производства того или иного конечного продукта или сырья для последующей переработки принадлежит средствам механизации и автоматизации. В настоящее время хозяйства вынуждены применять импортные механизированные и автоматизированные установки, предназначенные для приготовления и раздачи жидкого ЗЦМ молодняку КРС и свиньям. Они не находят широкого применения ввиду их высокой стоимости и значительных эксплуатационных затрат [1-3].

Разработка и внедрение высокотехнологичных установок для смешивания, расширение их сферы применения, увеличение надежности их функционирования, понижение энергоемкости и получение качественных продуктов является одной из главных и первоочередных задач в механизации животноводства и для индустрии в целом [4-6].

Для изучения процессов смешивания кормов установка для смешивания собиралась с открытым контуром по циркуляционной схеме (рис 1).

1 - смесительная установка; 2,3 - шаровые краны; 4 - бак с водой (готовая смесь); 5,9 - термометры; 6 - тахометр; 7 - мультиметр БМК-20; 8 - частотный преобразователь

Рис. 1. Стенд для исследования процессов смешивания при порционном внесении компонентов

Результаты. При экспериментальных исследованиях оценивалось влияние на показатели работы устройства (стабильность к ко-алесценции - полное разделение среды на составляющие фазы) Тк и полную стабильность (до появления каких-либо визуально наблюдаемых изменений в составе пробы Тс) следующих факторов: частота вращения рабочего колеса и динамическая вязкость воды [7].

При порционном внесении сыпучих компонентов в жидкость, полученная смесь должна пройти определенное количество циклов через устройство[9]. Поэтому при исследовании в качестве факторов было выбрано

время приготовления смеси или циркуляции [10-12] и частота вращения вала. При этом динамическую вязкость воды принимаем ^=1,002 (Нс/м2)10-3, учитывая, что используется вода с температурой 20 оС [2,8].

Время циркуляции рассчитывается по следующей формуле:

ты = 0,6 - N •-

е

где тN - время прохождения молоком N циклов через установку, мин;

V - объём залитой воды, л; п - количество отобранных проб;

V - объем пробы, л(0,5л); Тк проведены двухфакторные эксперименты.

Q - подача установки, м3/ч. План эксперимента на шестиугольнике, уров-

С целью оптимизации значений полной ни варьирования факторов и значения крите-

стабильности Тс и стабильности к коалесенции рия оптимизации представлены в таблице.

Таблица

Матрица плана по определению стабильности смеси

№ опыта Фактор XI Фактор х2 Критерии оптимизации

Частота вращения вала п Время приготовления t У1 У2

уровень численное значение, мин-1 уровень численное значение, мин Полная стабильность, Тс, с Стабильность к коалесенции, Тк, ч

1 -1 750 0 2 28 79,80

2 +1 1750 0 2 36 88,08

3 +0,5 1500 +0,866 3 45 99,40

4 +0,5 1500 -0,866 1 47 85

5 -0,5 1000 +0,866 3 60 90,08

6 -0,5 1000 -0,866 1 42 78

7 0 1250 0 2 46 70,07

После реализации опытов, расчета коэффициентов регрессии получили следующие математические модели рабочего процесса:

.У1=46,П+0,47-Х1+3,88*2-14,17- X2-

-13,73-хгх2+7,46- х2, _у2=70,0+5,47-х1+7,64х2+13,87- X2

+1,33^х2+19,44^ х2.

+

При исследовании однородности дисперсии, получили следующие значения критерия Кохрена: Со„;=0,010 и Gоn2=0,866. Вычисленное значение 0оп сравнивалось с табличным ^табл=0,5612, которое определенно по числу

степеней свободы /1=2 и /2=7. Так как вычисленное значение критерия Кохрена меньше табличного то дисперсии однородны.

Адекватность уравнений (2) и (3) проверена с помощью Г-критерия Фишера. Табличное значение Б-критерия при пятипроцентном уровне значимости и числе степеней свободы /1=4 и/2=14 - Г0)05=3,П. Расчётное значение Г-критерия ГрасЧ1=2,223 и ^^2=1,3, то есть для данных уравнений гипотеза об адекватности модели принимается.

По математическим моделям (2) и (3) построены двумерные сечения поверхностей отклика, представленные на рис. 2.

Рис. 2. Двумерные сечения поверхностей отклика для: полной стабильности, Тс, с (а),

стабильности к коалесенции Тк, ч

Выводы. 1. При порционном внесении компонентов преобладающее влияние на качество кормовой смеси оказывает частота вращения рабочего колеса.

2. Опытами установлено время приготовления кормовой смеси t=3 мин. и частота вра-

щения рабочего колеса п=1000 мин- . При этом показатели качества смешивания составили: стабильность к коалесенции Тк=98 ч, полная стабильность Тс=57 с.

б

а

Литература

1. Горбунов Р. М. Повышение эффективности функционирования центробежного молочного насоса путём совершенствования рабочих органов и оптимизации параметров: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Киров, 2007. 20 с.

2. Солонщиков П. Н. Исследование устройства для приготовления смесей // Вестник Саратовского госагроуни-верситета им. Н. И. Вавилова. 2013. № 9. С. 50-53.

3. Мохнаткин В. Г. Филинков А. С., Солонщиков П. Н. Исследование процессов смешивания сыпучих компонентов с жидкостью при их порционном внесении // Пермский аграрный вестник. 2013. № 2. С. 15-20.

4. Макарцев Н. Г. Кормление сельскохозяйственных животных. 2-е изд., пераб. и доп. Калуга : Облиздат, 2007.

608 с.

5. Мохнаткин В. Г., Филинков А. С., Солонщиков П. Н. Устройство ввода и смешивания сыпучих компонентов с жидкостью // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 9. С. 22-24.

6. Солонщиков П. Н. Анализ функционирования конструкции смесителя для приготовления кормовых смесей // Вестник НГИЭИ. Выпуск №2 (57). Княгинино : НГИЭИ, 2016. С. 81-88. (Серия технические науки).

7. Мохнаткин В. Г., Филинков А. С., Солонщиков П. Н. Экспериментальная оценка качества получаемых смесей в установке для приготовления жидких кормовых смесей // Вестник НГИЭИ. Выпуск 2 (33). Княгинино : НГИЭИ, 2014. С 122-131. (Серия технические науки).

8. Устройство для смешивания компонентов с жидкостью для приготовления питательных сред / А. С. Филинков [и др.] // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. 2013. № 9. С. 50-53.

9. Устройство для приготовления смесей : пат. 104022 Рос. Федерация. № 2010152132/10; заявл. 20.12.10, Бюл. №13. 2 с.

10. Eksperymentalne okreslenie efektywnosci zasilajqcego urzqdzenia i instalacje do produkcji plynnych mieszanek paszowych / V. Mohnatkin [et al] // Problemy intensyfikacji produkci zwierzecej z uwzglednieniem poprawy struktury ob-szarowej gospodarstw rodzinnych, ochrony srodowiska. Monografía - Falenty - Warszawa, 2014. C. 164-166.

11. Solonshchikov P. Wplyw trybu pracy instalacji do przygotowania mieszanek na wskaznik kompletnosci rozpuszczenia // Problemy intensyfikacji produkci zwierzecej z uwzglednieniem poprawy struktury obszarowej gospodarstw rodzinnych, ochrony srodowiska. Monografía - Falenty - Warszawa, 2016. C. 232-234.

12. Mohnatkin V., Poyarkov M., Filinkov A., Solonshchikov P. Eksperymentalne okreslenie efektywnosci zasilajqcego urzqdzenia i instalacje do produkcji plynnych mieszanek paszowych // Problemy intensyfikacji produkci zwierzecej z uwzglednieniem poprawy struktury obszarowej gospodarstw rodzinnych, ochrony srodowiska. Monografía - Falenty -Warszawa, 2014. C 164-166.

INVESTIGATION OF THE STABILITY OF THE MIXTURE PRODUCED IN THE INSTALLATION FOR PREPARATION OF MIXES WITH A PORTION OF THE INTRODUCING COMPONENT

V. G. Mokhnatkin, Dr. Tech. Sci, Professor;

A. S. Filinkov, Cand. Tech. Sci., Associate Professor;

P. N. Solonshchikov, Cand. Tech. Sci., Associate Professor;

Vyatka State Agricultural Academy,

133 Oktyabrsky prospect, Kirov, Russia,

E-mail: solon-pavel@yandex.ru

ABSTRACT

One of the main problems of the livestock industry is forage production and animal feeding. Development and implementation of high-tech devices for mixing, expanding their scope, increasing the reliability of their operation, lowering of power consumption and top-quality products is one of the main and priority tasks in the mechanization of livestock and for the industry as a whole. The article proposes a solution to the problem of fodder production through the introduction of new structural and technological solutions used in feed preparing machines. The paper describes proposed installation for the preparation of mixtures and investigations on the quality of the mixture when introducing portions of the components. For the quality and stability of the mixture we used indicators of stability to coalescence (complete separation of the environment into its component phases) TC, and full stability (before the appearance of any visually observable changes in the composition of the sample) of the vehicle. The hexagon to two factors was implemented. The first factor was the frequency of rotation n, and the second - time of mixing t. The homogeneity of the resulting dispersion was estimated according to Cochran's criterion values were Gon1=0.010 and Gon2=0.866 at the number of degrees of freedom f1=2 and f2=7. And the adequacy of the equations was tested using the F-Fisher criterion, at

the five percent significance level and the number of degrees of freedom fi=4 and f2=l4 - calculated values of F-criterion Fpасч1=2,223 and F^^l^. In the study dynamic viscosity was bodyactive ц=1,002 (№s/m2)^10~3, while the most stable state while cooking is at speed n=l000 min-1, and time t=3min, the optimal values of indicators of quality of mix will be as follows: stability of coalescence TC=98 hours, complete stability TC=57 p

Key words: milk substitute, calves, costs, mixing, stability, factor, optimization, component, viscosity, rotation speed.

References

1. Gorbunov R. M. Povyshenie effektivnosti funktsionirovaniya tsentrobezhnogo molochnogo nasosa putem sovershenstvovaniya rabochikh organov i optimizatsii parametrov (Increase of efficiency of function of centrifugal milk pomp by improving working units and parameters), avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk nauk: 05.20.01, Kirov, 2007, 20 p.

2. Solonshchikov P. N. Issledovanie ustroistva dlya prigotovleniya smesei (Study of the apparatus for preparing mixtures), Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N.I. Vavilova, 2013, No. 9, pp. 50-53.

3. Mokhnatkin V. G. Filinkov A. S., Solonshchikov P. N. Issledovanie protsessov sme-shivaniya sypuchikh kompo-nentov s zhidkost'yu pri ikh portsionnom vnesenii (Study of the processes of mixing loose components with liquid at their portion addition), Permskii agrarnyi vestnik, 2013, No. 2, pp. 15-20.

4. Makartsev N. G. Kormlenie sel'skokhozyaistvennykh zhivotnykh (Feeding farming animals), 2-e izd., perab. i dop., Kaluga, Oblizdat, 2007, б08 p.

5. Mokhnatkin V. G., Filinkov A. S., Solonshchikov P. N. Ustroistvo vvoda i smeshivaniya sypuchikh komponentov s zhidkost'yu (Apparatus for mixing loose components with liquid), Traktory i sel'khozmashiny, 2012, No. 9, pp. 22-24.

6. Solonshchikov P. N. Analiz funktsionirovaniya konstruktsii smesitelya dlya prigo-tovleniya kormovykh smesei (Analysis of mixer construction functioning to prepare fodder mixtures), Vestnik NGIEI. Seriya tekhnicheskie nauki, Vypusk No.2 (57), Knyaginino, NGIEI, 201б, pp. 81-88.

7. Mokhnatkin V. G., Filinkov A. S., Solonshchikov P. N. Eksperimental'naya otsenka kachestva poluchaemykh smesei v ustanovke dlya prigotovleniya zhidkikh kormovykh smesei (Experimental assessment of quality of obtained mixtures in apparatus for preparing liquid feed mixtures), Vestnik NGIEI, Seriya tekhnicheskie nauki, Vypusk No. 2 (33), Knyaginino, NGIEI, 2014, pp. 122-131.

8. Filinkov A. S., Solonshchikov P. N., Oblasov A. N., Yudnikov N. N. Ustroistvo dlya smeshivaniya komponentov s zhidkost'yu dlya prigotovleniya pita-tel'nykh sred (Apparatus for mixing components with liquid to prepare nutritive media), Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N. I. Vavilova, 2013, No. 9, pp. 50-53.

9. Patent na poleznuyu model' 104022 RF, MPK A23C11/00, A01J11/1б. Ustroistvo dlya prigotovleniya smesei (Feed mixture preparing apparatus), V.G. Mokhnatkin, V.N. Shulyat'ev, A.S. Filinkov, P.N. Solonshchikov i dr (RF), No. 2010152132/10, Zayavleno 20.12.2010, Byul. 2011, No. 13, 2 p.

10. Mohnatkin V., Poyarkov M., Filinkov A., Solonshchikov P. Eksperymentalne okreslenie efektywnosci zasilajqcego urzqdzenia i instalacje do produkcji plynnych mieszanek paszowych // Problemy intensyfikacji produkci zwierzecej z uwzglednieniem poprawy struktury obszarowej gos-podarstw rodzinnych, ochrony srodowiska. Monografía - Falenty - Warszawa, 2014, pp. 1б4-1бб.

11. Solonshchikov P. Wplyw trybu pracy instalacji do przygotowania mieszanek na wskaznik kompletnosci rozpuszczenia // Problemy intensyfikacji produkci zwierzecej z uwzglednieniem poprawy struktury obszarowej gospodarstw rodzinnych, ochrony srodowiska. Monografía - Falenty - Warszawa, 201б, pp. 232-234.

12. Mohnatkin V., Poyarkov M., Filinkov A., Solonshchikov P. Eksperymentalne okreslenie efektywnosci zasilajqcego urzqdzenia i instalacje do produkcji plynnych mieszanek paszowych // Problemy intensyfikacji produkci zwierzecej z uwzglednieniem poprawy struktury obszarowej gos-podarstw rodzinnych, ochrony srodowiska. Monografía - Falenty - Warszawa, 2014, pp. 1б4-1бб.