УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ, СМЕШИВАНИЯ И РАЗДАЧИ КОРМОВ

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к устройствам для измельчения, смешивания и раздачи кормов, применяемым в животноводстве.
Одной из проблем животноводства является необходимость транспортирования устройства для измельчения, смешивания и раздачи кормов в коровник за один въезд транспортного средства, что особо важно в холодное время года для того, чтобы не выстывало помещение. Для транспортирования устройства для измельчения, смешивания и раздачи кормов в настоящее время обычно используется трактор класса 1.4 МТЗ 80-82, поскольку это единственный трактор, который свободно въезжает через типовые ворота коровников, высота проема которых составляет 2600 мм. Однако мощность такого трактора ограничена и составляет 55 Квт, поэтому уменьшение потребляемой мощности в процессе приготовления корма является актуальной задачей.
Известно устройство для измельчения, смешивания и раздачи кормов согласно патенту RU №2283577 с приоритетом от 2005.01.25. Устройство включает в себя установленный на мобильной раме конический бункер, внутри которого размещен вертикальный шнек с ножами. Витки шнека выполнены из двух частей: витки первой центральной части шнека с наружным диаметром 1 м, примыкающей к трубчатому валу, выполнены цилиндрическими и расположены под углом 7°-13° к горизонту, а витки во второй конической части шнека расположены под углом 4°-7° к горизонту, при этом верхняя часть шнека оснащена вертикальным ножом, прикрепленным к валу со смещением относительно оси его вращения. За выгрузным отверстием в стенке бункера установлено дозируще-измельчающее устройство в виде ротора.
Первым недостатком данного устройства является то, что уменьшение мощности, потребляемой от трактора, достигается за счет использования дополнительного ротора, с помощью которого можно лишь незначительно снизить обороты шнека. Однако, как показывает практика, в процессе эксплуатации таких устройств после прекращения вращения шнека при загруженном бункере, повторное включение его невозможно и потребует произвести выгрузку кормовой массы вручную, т.е. работа его ненадежна. Даже при наличии средства, позволяющего
производить переключение оборотов без остановки шнека, потребляемая мощность снижается незначительно. При использовании дополнительного ротора весьма незначительно сокращается время приготовления порции корма и незначительно снижается потребляемая мощность - в пропорции длин радиусов, а, следовательно, и моментов рабочих органов - ротора и шнека. Необходимо также отметить сложность изготовления ротора.
Вторым недостатком устройства является то, что при неизменном шаге спирали и неизменной величине угла подъема спирали шнека возможно застревание в межвитковом пространстве кормовой массы при ее движении снизу вверх по шнеку. В результате резание становится невозможно и прекращается перемещение вверх кормовой массы.
К тому же измельчение кормовой массы происходит, в основном, в зоне первого нижнего витка шнека, т.к. в этой зоне наивысшая плотность кормовой массы, что обусловлено давлением расположенных выше слоев кормовой массы. Шаг нижнего витка шнека по величине такой же большой, как и следующего витка, поэтому велика вертикальная составляющая силы сопротивления спирали шнека при его вращении, а также больше крутящий момент и нагрузка на привод, следовательно, велики энергетические затраты.
Третьим недостатком является то, что наклон образующей конуса остается постоянным от шага к шагу. Движение кормовой массы происходит по шнеку снизу вверх, в стороны, по стенкам бункера вниз на ножи первого витка шнека. Поскольку наклон образующей конуса остается постоянным от шага к шагу, то резание идет хуже и энергетические затраты больше, так как верхний виток используется в основном для подъема кормовой смеси и меньше участвует в измельчении (резании) и перемешивании.
Кроме того, использование вертикального ножа не эффективно, поскольку спрессованный рулон сена, попадая на вертикальный нож, установленный на верхней части шнека со смещением, часто выталкивает рулон из бункера.
Известно также устройство для измельчения, смешивания и раздачи кормов согласно свидетельству на полезную модель №22287, приоритет от 2002.03.11, выбранное в качестве ближайшего аналога. Устройство содержит установленные на мобильной раме бункер, средство выгрузки кормов, транспортер, вертикально установленный в бункере рабочий орган с жестко закрепленными режущими элементами. Бункер выполнен с круглым дном, овальной верхней обечайкой и наклонными стенками, а рабочий орган выполнен в виде конического шнека с
правым вращением и левой навивкой спирали, при этом режущие элементы выполнены в виде зубчатых ножей, расположенных по периферии спирали шнека. Данное устройство выгодно отличатся от вышеописанного тем, что в нем отсутствует сложный по конструкции дополнительный ротор, эффективность которого в процессе измельчения очень незначительна, а в процессе перемешивания равна нулю.
Недостатками данного устройства являются те же, что и недостатки устройства согласно патенту №2283577.
Во-первых, неизменность шага спирали и величины угла подъема спирали шнека обуславливает низкую надежность работы устройства из-за застревания в межвитковом пространстве кормовой массы, а также обуславливает необоснованно большой крутящий момент, а значит большую нагрузку на привод и большие энергетические затраты, а также приводит к ухудшению качества и увеличению сроков приготовления кормовой массы.
Во-вторых, наклон образующей конуса остается постоянным от шага к шагу, что приводит к ухудшению резания и увеличению энергетических затрат, так как верхний виток используется, в основном, для подъема кормовой смеси и меньше участвует в измельчении и перемешивании.
Полезная модель направлена на решение задачи уменьшения прилагаемого усилия при резании и перемешивании кормовой массы, снижения энергозатрат на приготовление кормов, повышения надежности устройства в целом, при одновременном повышении качества и сокращении времени приготовления кормовой массы.
Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве для измельчения, смешивания и раздачи кормов, включающем в себя установленный на мобильной раме привод, транспортер, конический бункер, внутри которого размещен с возможностью вращения по часовой стрелке вертикальный конический сплошной шнек с левой спиралью, снабженный ножами, предлагается шнек выполнить так, что каждый последующий виток спирали шнека имеет угол подъема или шаг спирали больше, чем предыдущий нижний виток, т.е. шнек выполнить так, что расстояние между верхней рабочей поверхностью спирали и нижней рабочей поверхностью спирали шнека увеличивается от витка к витку по мере продвижения вверх, а соответственно увеличивается межвитковое пространство.
Спираль шнека может быть выполнена двухвитковой, а фигура, образованная вращением шнека, может иметь форму двух усеченных конусов, при этом угол
образующей нижнего конуса к оси вращения больше угла образующей верхнего конуса к оси вращения, а верхнее основание нижнего конуса является нижним основанием верхнего конуса, причем высоты верхнего и нижнего конусов равны шагу верхнего витка спирали и шагу нижнего витка спирали соответственно.
В предлагаемом устройстве за счет того, что каждый последующий виток спирали шнека имеет угол подъема или шаг спирали больше, чем предыдущий нижний виток спирали, устраняется застревание в межвитковом пространстве частично измельченной кормовой массы, которая постоянно уплотняется под давлением верхних слоев смеси, подаваемой шнеком снизу. При этом даже незначительное расширение межвиткового пространства за счет увеличения шага или угла подъема верхнего витка спирали по всей длине обеспечивает гарантированное прохождение вверх кормовой массы по межвитковому пространству шнека. Это приводит к сокращению времени, в течение которого кормовая смесь совершает один циклический оборот в вертикальной плоскости, следовательно, к уменьшению времени приготовления кормов, к снижению сопротивления при движении корма, что требует меньший крутящий момент, и к снижению энергетических затрат, при сохранении качества кормовой массы.
Выполнение шнека с двухвитковой спиралью так, что фигура, образованная вращением шнека, имеет форму двух усеченных конусов, при этом угол образующей нижнего конуса к оси вращения больше угла образующей верхнего конуса к оси вращения, а верхнее основание нижнего конуса является нижним основанием верхнего конуса, позволяет значительно сократить прилагаемый крутящий момент, создающий усилие для выполнения резания кормовой массы, ее перемешивание и перемещения вверх. Применение шнека в виде усеченного конуса, в котором угол подъема спирали верхнего витка больше угла подъема нижнего витка на 3-8°, а высота шнека, диаметр верхнего и нижнего его оснований неизменны, способствует значительному сокращению прилагаемого крутящего момента для выполнения резания кормовой массы, ее перемешивания и перемещения вверх. Резание осуществляется в основном ножами нижнего витка спирали, т.к. давление верхних слоев кормовой смеси способствуют этому. Однако, чем больше шаг нижнего витка спирали, тем больший требуется крутящий момент для выполнения резания и перемешивания кормовой массы. Наиболее приемлемой является форма шнека в виде двух усеченных конусов, где угол образующей нижнего конуса к оси вращения значительно больше угла образующей верхнего конуса к оси вращения, поскольку такая форма шнека позволяет при сохранении высокого качества кормовой смеси
сократить время ее приготовления и значительно уменьшить потребляемую мощность. Усилие, необходимое для резания, увеличивается за счет уменьшения угла наклона образующей конуса.
На фиг.1 представлено устройство для измельчения, смешивания и раздачи кормов вид сбоку.
На фиг.2 представлен вариант выполнения шнека в виде одного усеченного конуса, у которого шаг нижнего витка спирали меньше шага верхнего витка спирали.
На фиг.3 представлен вариант выполнения шнека в виде двух усеченных конусов, где верхнее основание нижнего конуса является нижним основанием верхнего конуса, а шаг верхнего витка спирали больше шага нижнего витка спирали, при этом угол образующей нижнего конуса к оси вращения больше угла образующей верхнего конуса к оси вращения, а верхнее основание нижнего конуса является нижним основанием верхнего конуса.
На фиг.4 представлена развертка АВСД спирали шнека, изображенного на фигурах 2, 3.
На фиг.5 представлена вертикальная проекция развертки сплошной плоскости спирали шнека, изображенного на фигурах 2,3.
Устройство для измельчения, смешивания и раздачи корма, приведенное на фиг.1, включает в себя установленный на мобильной раме 1 бункер 2, средство выгрузки кормов и транспортер 3. Рабочий орган в виде шнека 4 установлен в бункере 2 вертикально с возможностью вращения, что обеспечивается с помощью привода 5. Шнек 4 снабжен спиралью 6, на которой закреплены режущие элементы - ножи 7.
На фиг.2 представлен рабочий орган - шнек 4, снабженный сплошной левой навивки спиралью 6 с расположенными по периферии зубчатыми ножами 7. Шаг h1 нижнего витка спирали 6 (или угол подъема нижнего витка спирали) меньше шага h2 верхнего витка спирали (или угла подъема верхнего витка спирали), а угол β наклона образующей конуса к оси вращения равен 30°-35°. Обычно величина α (угол подъема спирали) лежит в пределах 5°-25°, при этом угол подъема нижнего витка спирали α1 составляет 6°-8°, а угол подъема верхнего витка спирали α2 составляет 10°-12°. Увеличение межвиткового пространства за счет увеличения угла подъема верхнего витка спирали обеспечивает гарантированное прохождение вверх кормовой массы без застревания.
На Фиг.3 представлен шнек в виде двух усеченных конусов, где верхнее основание нижнего конуса является нижним основанием верхнего конуса, а шаг
верхнего витка спирали больше шага нижнего витка спирали, при этом угол образующей нижнего конуса к оси вращения больше угла образующей верхнего конуса к оси вращения, а верхнее основание нижнего конуса является нижним основанием верхнего конуса. Угол образующей нижнего конуса к оси вращения β1 составляет 40°-45°, а угол образующей верхнего конуса к оси вращения составляет 25°-30°.
На Фиг.4 изображена развертка спирали шнека, где:
α1=6°-8° - угол подъема нижнего витка спирали;
h1 - шаг нижнего витка спирали;
h1+Δh1 - шаг верхнего витка спирали;
Δα=3°-8° - величина, на которую увеличился угол подъема верхнего витка спирали.
Δh1 - величина, на которую увеличился шаг верхнего витка спирали.
АВСД - межвитковое пространство спирали 6, где
АД - расстояние между верхней поверхностью нижнего витка и нижней поверхностью верхнего витка, равное h1,
ВС - межвитковое расстояние через 360°, равное h2=h1+Δh1.
На фиг.5 представлена вертикальная проекция Sa развертки сплошной плоскости спирали шнека, имеющего форму конуса, при этом угол β образующей конуса к оси вращения составляет 32°. Проекция Sб развертки сплошной спирали шнека, форма которого состоит из двух усеченных конусов, имеет большую площадь. Разница площадей проекций Sa и Sб - характеризует разницу величин прилагаемого крутящего момента при перемешивании кормовой массы при различных вариантах выполнения шнека. Разница длин отрезков Zb и Za, соответствующих зоне активного резания, характеризует сокращение времени, необходимого для измельчения кормовой массы.
Из фиг.5 явно видно, что снижение потребляемой мощности достигается за счет изменения формы шнека, при этом сокращается время приготовления корма и улучшается качество приготовления кормовой массы.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства для измельчения, смешивания и раздачи кормов на примере устройства, приведенного на фиг.3, со шнеком, форма которого состоит из двух усеченных конусов.
Устройство для измельчения, смешивания и раздачи кормов работает следующим образом. Вначале при включенном приводе 5 шнека 6 производят загрузку стебельчатого корма в рассыпанном или в прессованном виде, а затем загрузку кормов другого вида. Для достижения интенсивного резания стебельчатые
корма пригружаются более тяжелыми, например, силосом или зеленкой, при этом резание происходит в основном ножами 7 нижнего витка спирали шнека 6. Измельченные частицы кормовой массы попадают в межвитковое пространство, в котором не задерживаются, не застревают, а имеют возможность свободно проходить вверх. Частично измельченная кормовая масса при вращении шнека 6 по часовой стрелке измельчается и перемешивается, перемещается по кругу, одновременно поднимается по спирали выше, затем скатывается к стенкам бункера и опускается по наклонным стенкам к ножам 7 нижнего витка спирали шнека 6. Цикл перемещения частиц смеси в вертикальной плоскости по замкнутому кругу неоднократно повторяется в течение 10-20 минут до готовности. Поскольку наклон образующей конуса изменяется от шага к шагу, то резание на нижнем витке с меньшим наклоном образующей происходит эффективней и энергетические затраты уменьшаются, так как верхний виток используется в основном для подъема кормовой смеси и меньше участвует в измельчении (резании) и перемешивании.
Работа устройства для измельчения, смешивания и раздачи кормов, в варианте, приведенном на фиг.2, со шнеком в форме одного усеченного конуса, происходит аналогичным образом с той лишь разницей, что время приготовления порции кормовой смеси и потребляемая мощность несколько уменьшаются, зато технологичность изготовления шнека повышается за счет упрощения его формы.
Ниже приведены примеры приготовления одной порции кормовой смеси массой 2500 кг, включающей 480 кг сена, 1825 кг силоса и 190 кг комбикорма, с заданными параметрами: гомогенная масса со степенью измельчения фракций до размера 100 мм не менее 95% при неравномерности смешивания компонентов кормовой смеси не более 20% согласно ОСТ10.19.1-99.
Примеры приготовления порции кормовой смеси приведены для устройства - ближайшего аналога и для двух вариантов выполнения предлагаемого устройства с различной конфигурацией рабочего органа - шнека. Общими для всех трех устройств являются следующие параметры:
- привод от трактора МТ3-82 мощностью 55 Квт;
3
- объем бункера 8,9 м;
- количество ножей, установленных на шнеке, 7;
- диаметр основания шнека 2100 мм;
- диаметр сечения шнека 900 мм;
- высота шнека 950 мм;
- скорость вращения шнека 27 оборотов/минуту.
Пример 1.
Устройство - ближайший аналог, параметры шнека которого составляют h1=h2=475 мм, угол подъема спирали α=9°32', угол образующей шнека к оси вращения β=32°, позволяет получить следующие результаты:
а) время измельчения и смешивания 15 минут;
б) потребляемая мощность на валу отбора мощности трактора 52,5 Квт.
Пример 2
Вариант устройства, приведенный на фиг.2, параметры шнека которого составляют
h1=375 мм, h2=575, угол подъема нижнего витка α1=7°33', угол подъема верхнего витка спирали α2=11°30', угол наклона образующей к оси вращения β=32°, позволяет получить следующие результаты:
а) время измельчения и смешивания 11 минут,
б) потребляемая мощность на валу отбора мощности трактора 46,0 Квт.
Пример 3
Вариант устройства, приведенный на фиг 3, параметры шнека которого составляют h1=375 мм, h2=575 мм, угол подъема нижнего витка спирали α1=7°33', угол подъема верхнего витка спирали α2=11°30', угол наклона к оси вращения образующей нижнего витка спирали β1=40°, угол наклона к оси вращения образующей верхнего витка спирали β2=25°, позволяет получить следующие результаты:
а) время измельчения и смешивания 9 минут(15),
б) потребляемая мощность на валу отбора мощности трактора 44,5 Квт.
Таким образом, из примеров следует, что при использовании предлагаемого устройства время приготовления кормовой массы сокращается, а потребляемая мощность уменьшается, а также повышается надежность устройства в целом, т.к. кормовая масса не застревает в межвитковом пространстве, при этом одновременно повышается качество кормовой массы. Из фиг.5 видно, что проекция Sб развертки сплошной спирали шнека, форма которого состоит из двух усеченных конусов (фиг.3), имеет большую площадь, чем площадь проекции Sa развертки сплошной спирали шнека, форма которого состоит из одного усеченного конуса (фиг.2). Разница площадей проекций Sa и Sб - характеризует разницу величин прилагаемого крутящего момента при перемешивании кормовой массы, а, следовательно, потребляемой мощности. Разница длин отрезков Zb и Za, соответствующих зоне активного резания, характеризует сокращение времени, необходимого для измельчения кормовой массы.