Обоснование оптимальных конструктивно-режимных параметров смесителя непрерывного действия

2. Аксенов, А. Г. Автоматическое ориентирование луковиц севка при посадке / А. Г. Аксенов // Проблемы автоматизации и управления в технических системах: труды Международной научно-технической конференции. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2009. -С. 13-16.

3. Аксенов, А. Г. Вибрационный питатель / А. Г. Аксенов // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. - Пенза: РИО ПГСХА, 2009. - С. 49.

4. Емельянов, П. А. Исследование физико-механических свойств лука-севка сорта Бессоновский местный / П. А. Емельянов, А. Г. Аксенов // Нива Поволжья. -2009. - № 1. - С. 55-61.

5. Емельянов, П. А. Классификация средств механизации посадки лука-севка / П. А. Емельянов, А. Г. Аксенов // Тракторы и сельхозмашины. - 2009. - № 2. - С. 29-30.

6. Емельянов, П. А. Прибор для определения усилия на разрыв листьев луковиц / П. А. Емельянов, А. Г. Аксенов // Сельский механизатор. - 2009. - № 5. - С. 14.

7. Емельянов, П. А. Прибор для определения усилия на разрыв листьев луковиц / П. А. Емельянов, В. П. Никульшин, А. Г. Аксенов // Образование, наука, практика, инновационный аспект: материалы МНПК, посвящённой памяти профессора А. Ф. Бли-нохватова. - Пенза, 2008. - С. 194.

8. Емельянов, П. А. Введение в теорию ориентирования тел техническими сред-

ствами в сельскохозяйственных технологических процессах / П. А. Емельянов, Н. М. Ибрагимов. - Пенза: РИО ПГСХА, 2007. - 128 с., ил.: 46.

9. Емельянов, П. А. Высевающий аппарат для ориентированного посева лука-севка / П. А Емельянов, А. Г. Аксенов // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сборник трудов. - Самара: РИЦ СГСХА, 2010. -С. 152-156.

10. Мельников, С. В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С. В. Мельников, В. Р. Алешкин, П. М. Рощин. - Л.: Колос, Ленингр. отд-ние, 1980. - 168 с.

11. Мустафин, А. А. Некоторые особенности методики проведения экспериментальных исследований вакуумного насоса / А. А. Мустафин // Вестник Казанского государственного аграрного университета. -2010. - № 2. - С. 114-115.

12. Коновалов, В. В. Практикум по обработке результатов научных исследований с помощью ПЭВМ: учебное пособие. -Пенза: ПГСХА, 2003. - 176 с.

13. Евдокимов, Ю. А. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа / Ю. А. Евдокимов, В. И. Колесников, А. И. Тетерин. - М.: Наука, 1980. - 228 с.

14. Спиридонов, А. А. Планирование эксперимента при исследованиях технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.

УДК 631.363.7

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ СМЕСИТЕЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

В. В. Коновалов, доктор техн. наук., профессор; А. С. Калиганов, аспирант; В. П. Терюшков, канд. техн. наук, доцент; А. В. Чупшев, канд. техн. наук

ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. 8(412) 628-272, e-mail: pgsha-penza. net

Даются описание и схема смесителя концентрированных кормов непрерывного принципа действия, результаты исследований по влиянию частоты вращения мешалки смесителя и количества ярусов лопастей мешалки на неравномерность приготавливаемой смеси и энергоемкость процесса перемешивания. Приводятся графики сходимости опытных и расчетных данных.

Ключевые слова: смеситель, мешалка, неравномерность смешивания, энергоемкость процесса.

Для обеспечения животных необходимыми питательными веществами компоненты кормосмесей подлежат дозированию с последующим смешиванием. Под сме-

шиванием понимают процесс равномерного распределения частиц компонентов конкретного корма в общем объеме, в результате чего получается однородная кормовая

Нива Поволжья № 3 (20) август 2011 63

смесь. Качество смеси зависит от отклонения содержания компонентов от рецепта, а также от равномерности распределения компонентов в смеси [1-5].

Равномерность смешивания (однородность) должна составлять соответственно: для КРС - не менее 80 %; для овец -75...80 % (при вводе карбамида - 90 %); для свиней - не менее 90 %; для зверей -не менее 80 % [2].

Равномерность смеси определяют как

=

В качестве показателя неравномерности смешивания используют коэффициент вариации v фактического распределения контролируемого или контрольного компонентов в пробах [3, 4]:

v= 100-S /Х , %,

где S - эмпирическое (опытное) средне-квадратическое отклонение.

S =

£( Хп,. - Х )2

N-1

где X - среднеарифметическое значение контрольного компонента во всех взятых пробах, г;

N - общее количество проб (15...20 шт.).

Чем меньше V, тем качественнее распределены компоненты в смеси.

Целью обоснования оптимальных конструктивно-режимных параметров смесителя непрерывного действия является оптимизация исследуемых параметров и установление оптимального режима работы смесителя кормов непрерывного действия.

В зависимости от агрегатного состояния смешиваемых компонентов применяют различные виды смесителей. Их различают: по принципу действия - непрерывные и периодические; по способу смешивания -гравитационные со смешиванием в падающем потоке, механические с перелопачиванием отдельных порций, механические с перемещением слоев, со смешиванием в кипящем слое, гравитационно-механические, пневматические и циркуляционные; по типу рабочих органов - барабанные, лопастные, роторные, битерные, шнековые, вибрационные, пропеллерные, планетарные и др. [6-8].

Для смешивания сухих кормов наиболее эффективны смесители с лопастными рабочими органами [9, 10, 11]. В процессе ранее проведённых исследований [12, 13, 14] был определен ряд рациональных конструктивно-кинематических параметров лопастного рабочего органа смесите-

ля кормовых добавок периодического действия. С использованием полученных данных в Пензенской ГСХА был разработан смеситель сухих кормов непрерывного действия.

rfl

д

\L If

V )

Рис. 1. Схема смесителя сухих концентрированных кормов:

1- бункеры оперативного запаса компонентов; 2 - дозирующие устройства многокомпонентного дозатора; 3 - регулировочные заслонки дозатора; 4 - направляющая воронка; 5 - смесительная камера; 6 - направляющий конус; 7 - верхняя подшипниковая опора; 8 - упоры; 9 - вал; 10 - лопастная мешалка; 11 - лопасти; 12 - шибер; 13 - нижняя подшипниковая опора; 14 - муфта; 15 -электродвигатель; 16 - выгрузной лоток

Предлагаемый смеситель (рис. 1) состоит из смесительной цилиндрической камеры 5, через которую проходит вертикальный центральный вал 9. На валу закреплены мешалки 10 с шестью радиальными прутковыми лопастями 11 круглого поперечного сечения. Диаметр прутка 6,5 мм. Мешалки закреплены в нижней части вращающегося вала через одинаковое расстояние в несколько ярусов. Над валом 9 расположены неподвижно на упорах 8 опора 7 и направляющий конус 6, подающий непрерывно поступающие потоки исходных

,=1

компонентов к концам лопастей мешалок 10. Над смесительной камерой 5 находится направляющая воронка 4 и многокомпонентный дозатор непрерывного действия.

Загрузка исходных компонентов в смесительную камеру 5 осуществляется посредством дозирующих устройств 2 многокомпонентного дозатора со своим приводом [15]. Состав смеси определяется положением заслонок 3 многокомпонентного дозатора. Отвод полученной смеси осуществляется непрерывно через окно по выгрузному лотку 16. Качество перемешивания может частично регулироваться площадью выгрузного окна за счет перемещения шибера 12.

Работа смесителя проходит следующим образом. Компоненты смеси непрерывно поступают из многокомпонентного дозатора непрерывного действия в смесительную камеру 5. Вращающий момент передаётся от электродвигателя 15 посредством муфты 14 к валу 5 и мешалкам 10, лопасти которых перемешивают загружаемые компоненты смеси. По мере выгрузки нижних слоев через выгрузное отверстие верхние перемешиваемые слои опускаются вниз и также выгружаются по лотку 16.

В процессе проводимых лабораторных исследований смесителя непрерывного действия изменялась частота вращения рабочего органа (п, 750...1500 мин-1) и количество ярусов лопастей 11 (г, 1.5 шт.) мешалок, расположенных на центральном валу 5. При изменении данных параметров исследовалось их влияние на неравномерность смеси V (%), энергоемкость перемешивания У (Дж/кг), а также производился замер потребляемой мощности N (Вт) и производительности О («1,6 кг/с). Доля контрольного компонента в опытах составляла 8 %.

Сходимость неравномерности смеси V

мин \ 1

1400 l\\ \ 8^

1200 \\\ \

1000 \ 13\ 12\ \ X \ \ \ ii X 9\ 9 8 9 \

800 Хк^ __

1

1 2 3 4 5

V ДшГ.

Рис. 2. Влияние частоты вращения мешалки смесителя п

22 20 18 16 14 12 10

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

О 95% confidence

Расчетные значения

а

Сходимость значений энергоемкости У

800 700 600 500 400 300 200

100

100 200 300 400 500 600 700 800

О 95% confidence

Расчетные значения

б

Сходимость значений энергоемкостиУк

100

Расчетные значения

confidence

в

Рис. 3. Сходимость опытных и расчетных значений: а - неравномерности смешивания; б - энергоемкости перемешивания; в - комплексного показателя энергоемкости перемешивания с учетом равномерности смеси

Нива Поволжья № 3 (20) август 2011 65

После обработки экспериментальных данных получена зависимость неравномерности смеси V от исследуемых показателей (рис. 2):

V = 43,03 - 6,05-г - 0,003-п + 0,51 -г2 + + 0,00001 -п2+0,00129-г-п,

коэффициент корреляции Я = 0,90945412. Сходимость опытных и расчетных значений по указанной модели представлена на рис. 3.

Из рисунка 3 видно, что опытные данные входят в доверительный интервал или близки к нему, следовательно, выражения адекватно описывают исследуемый процесс с вероятностью около 95 % [15].

Наиболее заметное изменение неравномерности смеси (рис. 4) установлено при частоте вращения рабочего органа до 1200 мин-1 при количестве ярусов мешалки смесителя до 3 шт. Увеличение частоты вращения рабочего органа смесителя и количества ярусов лопастей улучшает качество приготавливаемой смеси, обеспечивая соблюдение зоотехнических требований при частоте вращения п>1100 мин-1 и количестве ярусов лопастей г > 3. Наименьшая неравномерность смеси соответствует частоте вращения 1400.1480 мин-1 и количеству ярусов лопастей 5 шт.

мин-1

1400- 450^^500^^ 550^

1200- \ 350 \

1000-

250 ^300 350^

800- ^

1

2

3

4 5

г,шт.

Рис. 4. Влияние частоты вращения мешалки смесителя п

Энергоемкость перемешивания описывается линейной зависимостью (при Я = 0,98139421):

У = -203,443 + 62,065-г + 0,401-п.

Увеличение частоты вращения мешалок и количества ярусов лопастей увеличивает энергоемкость процесса У (рис. 4). Наиболее интенсивно влияние частоты вращения.

Для комплексного определения влияния исследуемых параметров на энергоем-

кость перемешивания с учетом качественных показателей смеси ввели показатель энергоемкости перемешивания Ук с учетом равномерности смеси. Данный показатель определяется по формуле

Ук = У/

Энергоемкость перемешивания Ук описывается также линейной зависимостью (при Я = 0,9806912):

Ук = -237,748 + 66,204-г + 0,494-п.

Корректированное значение энергоемкости Ук имеет аналогичные тенденции с энергоемкостью У, однако значения более выравненные при малых величинах показателей (рис. 5).

п,

мин

1400-

1200-

1000-

~600. 650^ ^700,

500

\400\-\ 450. 500 \ ^550^

300^ 350 400^ 450.^ 500^

800" I " г^ п 1 2 3 4 5

г, шт.

Рис. 5. Влияние частоты вращения мешалки смесителя п

Таким образом, наилучшее качество смеси (наименьшее значение неравномерности смеси - коэффициента вариации содержания контрольного компонента в пробах) обеспечивает частота вращения рабочего органа п и 1480 мин-1 и количество ярусов лопастей мешалок г = 5 шт. Энергоемкость смешивания сухого концентрированного корма при этом составляет около 650 Дж/кг при производительности смесителя 1,6 кг/с.

Литература

1. Коновалов, В. В. Механизация технологических процессов животноводства / В. В. Коновалов, С. И. Щербаков, В. Ф. Дмитриев. - Пенза: РИО ПГСХА, 2006. - 276 с.

2. НТП-АПК 1.10.16.001-02. Нормы технологического проектирования кормоцехов для животноводческих ферм и комплексов. - Введ. 29.04.2002. - М.: Издательство стандартов, 2002. - 170 с.

3. РД. 10.19.2.-90 - Руководящий документ. Испытания сельскохозяйственной

техники: Машины и оборудование для приготовления кормов: Методы испытаний -М., 1990. - 20 с.

4. Завражнов, А. И. Механизация приготовления и хранения кормов / А. И. За-вражнов, Д. И. Николаев. - М.: Агропром-издат, 1990. - 336 с.

5. Федоренко, И. Я. Технологические процессы и оборудование для приготовления кормов / И. Я. Федоренко. - М.: ФоруМ, 2007. - 176 с.

6. Евсеенков, С. В. Повышение эффективности процесса смешивания компонентов сыпучих кормов: автореф. дис. . д-ра техн. наук / С. В. Евсеенков. - Саратов, 1994. - 42 с.

7. Мухин, В. А. Механизация приготовления кормов/ В. А. Мухин. - Саратов: СГСХА, 1994. - 186 с.

8. Иванов, А. Г. Интенсификация и оптимизация процесса смешивания компонентов при приготовлении сыпучих кормов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А. Г. Иванов. - Оренбург, 2000. - 20 с.

9. Чупшев, А. В. Экспериментальные исследования смесителя кормов / А. В. Чуп-шев, В. В. Коновалов, С. В. Гусев // Нива Поволжья. - 2008. - № 2(7). - С. 69-75.

10. Коновалов, В. В. Обоснование технологических параметров смесителя кор-

мов / В. В. Коновалов, В. П. Терюшков, И. А. Боровиков, С. В. Гусев // Нива Поволжья. - 2006. - № 1. - С. 27-29.

11. Боровиков, И. А. Снижение энергоемкости приготовления комбикормов с обоснованием конструктивно-технологических параметров смесителя: дис. . канд. техн. наук / И. А. Боровиков. - Пенза, 2006. - 200 с.

12. Коновалов, В. В. Влияние технологических параметров на показатели работы смесителя микродобавок / В. В. Коновалов, А. В. Чупшев // Нива Поволжья. - 2009. -№ 2(11). - С. 76-81.

13. Коновалов, В. В. Повышение эффективности средств механизации приготовления и выдачи кормосмесей в свиноводстве: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. -Пенза, 2005. - 38 с.

14. Нуруллин, Э. Г. Некоторые результаты исследований по определению параметров централизованных аппаратов дозирования / Э. Г. Нуруллин, И. М. Сапахов, И. З. Исламов // Вестник Казанского ГАУ. -2009. - № 3(13). - С. 147-149.

15. Коновалов, В. В. Практикум по обработке результатов научных исследований с помощью ПЭВМ / В. В. Коновалов. -Пенза: ПГСХА, 2003. - 176 с.

УДК 631.08

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТИРУЮЩЕ-ОЧИСТИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА СВЕКЛОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

К. З. Кухмазов, доктор техн. наук, профессор; В. А. Мачнев, доктор техн. наук, профессор; Р. У. Янгазов, канд. техн. наук

ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (8412) 62-85-17, E-mail: Kyxmaz@mail.ru

Приведены результаты теоретических исследований по обоснованию основных конструктивных и режимных параметров транспортирующе-очистительного устройства свеклоуборочного комбайна.

Ключевые слова: комбайн, транспортирующе-очистительное устройство, ротор, эластичный очиститель.

Важным показателем качества работы свеклоуборочного агрегата является количество почвенных примесей в убранном ворохе. Как показывает опыт работы свеклоуборочных комбайнов на полях свеклосеющих хозяйств Пензенской области, при повышенной влажности почвы этот показатель не соответствует агротехническим требованиям. В Пензенской ГСХА разработано транспортирующе-очистительное уст-

ройство свеклоуборочного комбайна, позволяющее повысить качество очистки корнеплодов сахарной свеклы при комбайновой уборке. Оно состоит (рис. 1) из последовательно расположенных подбирающего ротора 1 и передающих роторов 2 и 3 с оградительными решетками 4, 5 и 6. Роторы изготовлены в виде вращающихся дисков 7, к которым консольно закреплены криволинейные спицы 8, изогнутые по дуге.

Нива Поволжья № 3 (20) август 2011 67