Анализ данных лабораторных исследований дисковой плющилки зерна

9. Proshin, I. A. Methods and a complex of programs of modeling the multiconnective electric drive / I. A. Proshin, E. N Salmov // Technical sciences - from the theory to practice. The collection of articles on materials XXIX of the international scientific and practical conference. No. 12(25). - Novosibirsk: Publ. "SIBAK", 2013 - P. 39-43.

10. Proshin, I. A. A program platform for creation of the integrated complex of the network automated laboratories (ICNAL) / I. A. Proshin, D. I. Proshin, R. D. Proshina //News of Samara scientific center of the Russian Academy of Sciences. - Samara, 2009. - Volume 11, No. 5-2. - P. 531-536.

11. Proshin, I. A. The Concept of building an integrated complexes network of automated laboratories / I. A. Proshin, D. I Proshin, R. D. Proshina // Izvestiya of Samara scientific centre of Russian Academy of Sciences. - Samara, 2009. - Volume 11, № . 5-2. - P.525-530.

12. Proshin, D. I. Integrated complex of research and design of marine equipment and technologies / D. I. Proshin, I. A. Proshin, R. D. Proshina // Vestnik of Astrakhan state technical university. - Astrakhan, 2010. - № 1. - P. 20-29.

13. Proshin, I. A. Modeling the drive dynamic stand aviation simulator / I. A. Proshin, E. A. Sapunov // Izvestiya of Samara scientific centre of Russian Academy of Sciences. - 2011. - Volume13. - № 1(2). - P. 337-340.

14. Proshin, I. A. Mathematical modeling of processes of centrifugation / I. A. Proshin, V. V. Burkov // Vestnik of Voronezh state technical University. - Voronezh, 2010. - Volume 6, № 11. - P. 71-74.

15. Proshin, I. A. Mathematical model of a hydraulic drive for a dynamic test stand / I. A Proshin, V. M. Timakov, E. A. Sapunov // Space & Global Security of Humanity: Abstracts of the second international symposium. - Riga, Latvia, 2010. - P. 80 - 81.

УДК 664.732.7

АНАЛИЗ ДАННЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИСКОВОЙ ПЛЮЩИЛКИ ЗЕРНА

М. А. Терёхин, аспирант; В. В. Коновалов*, доктор техн. наук, профессор; В. П. Терюшков, канд. техн. наук, доцент; А. В. Чупшев, канд. техн. наук доцент

ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»; ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Россия, e-mail: konovalov-penza@rambler. ru

Повышение продуктивности отрасли животноводства во многом зависит от качества приготавливаемых кормов. Поиск перспективных и наиболее рациональных решений в кормопроизводстве и кормлении остаётся актуальным. Использование современных устройств для приготовления кормов позволяет найти наиболее подходящее решение в отрасли кормопроизводства.

Представлена технологическая схема конструкции дисковой плющилки кормов, с описанием принципа ее работы. Приведены результаты экспериментальных исследований, которые проведены согласно методике и требованиям руководящих документов. Получены аналитические и функциональные выражения, позволяющие установить производительность и энергоемкость плющилки, а также определить рациональные параметры угла установки конического диска. На основании экспериментальных данных показаны двухмерные поверхности отклика, позволяющие судить о значимости изменения угла при вершине конического диска и усилия поджатия пружины, влияющих на толщину хлопьев плющеного зерна. Произведено графическое сравнение опытных и расчетных данных, на основании которого сделаны соответствующие выводы.

Ключевые слова: дисковая плющилка, зерно, диск, хлопья, энергоемкость плющения зерна, производительность плющилки.

Введение.

Одним из основных способов подготовки фуражного зерна к скармливанию является его измельчение. Оно может быть обеспечено в том числе плющением. Плющение в настоящее время получило широкое распространение в кормлении всех видов сельскохозяйственных животных. Во многих крупных фермерских хозяйствах Фин-

ляндии и Германии в кормовых целях активно используется как влажное, так и сухое плющеное зерно. Технологии кормления плющеным зерном применяются уже около 20 лет и в России [1-4]. Наибольшее распространение для плющения фуражного зерна получили вальцовые плющилки, выпускаемые в России серийно. Однако для плющения зерна с крупной зерновкой

Рис. 1. Дисковая плющилка зерна: 1 - рама; 2 - ведущий вал; 3 - электродвигатель; 4, 5 - ведомые валы; 6 - защитный кожух; 7 - загрузочный бункер; 8 - выгрузной лоток

требуется большой диметр вальцов, достигающий 500 мм [5-9]. В Пензенской ГСХА разработана конструкция дисковой плющилки, которая имеет плоский и конический диски с гладкой поверхностью, обеспечивающие достаточный угол захвата при малом диаметре (220 мм).

Описание конструкции.

Конструкция разработанной дисковой плющилки позволяет качественно измельчать зерно, а также снизить его потери от пыления и повысить смачиваемость частиц желудочным соком ввиду образования развитой сети трещин у хлопьев. Дисковая плющилка (рис. 1) состоит из рамы 1, на которой в подшипниковых узлах установлен ведущий вал 2, состоящий из двух шарнирно соединенных валов. Вал 2 получает крутящий момент от электродвигателя мощностью 2,2 кВт с частотой вращения 1500 мин-1 и передает его через цепные передачи на валы 5 и 4, также установленные в подшипниковых опорах на раме. В защитном кожухе 6 расположен механизм измельчения зерна, состоящий из плоского рабочего диска, установленного на валу 4, и конического рабочего диска, установленного на валу 5. Угол при вершине конического диска имеет значение 1650, установленное опытным путем в ходе серии лабораторных исследований.

В качестве предохранительного устройства выступает вал-шток, имеющий возможность осевого перемещения по шлицам внутри трубчатого вала 4. Плоский диск

прижимается к коническому диску посредством пружины сжатия. Прижимная сила между рабочими дисками изменяется регулировочной гайкой.

Сверху на раме закреплен загрузочный бункер 7 с заслонкой, а также питающее устройство, обеспечивающее попадание измельчаемого материала в зону захвата материала плющильными дисками. Готовый продукт собирается в емкости, установленной под выгрузным лотком 8, который является продолжением защитного кожуха и препятствует разбрасыванию продукта измельчения. От залипания частиц на дисках имеются чистики.

Дисковая плющилка работает следующим образом: зерно засыпают в загрузочный бункер 7. Включают электропривод, который приводит во вращение рабочие диски. Открытием заслонки на заданный угол настраивают необходимую подачу зерна на плющение. Необходимую толщину плющения устанавливают заранее, изменяя прижимающую силу плоского диска к коническому диску вращением регулировочной гайки. Из питающего устройства измельчаемый материал попадает в зону захвата материала, которая представляет собой сужающееся клиновое пространство. Под действием сил трения зерна о поверхности синхронно вращающихся дисков, а также под действием собственной силы тяжести зерно перемещается вниз в зону плющения. В результате воздействия на зерновку рабочих дисков происходит сдав-

Нива Поволжья № 4 (33) 2014 111

ливание зерна до заранее установленной толщины хлопьев без образования пылевидной фракции в конечном продукте. После зоны измельчения конечный продукт (хлопья) под действием сил тяжести и центробежных сил сходит с дисков и собирается в емкости, установленной на выходе из лотка 8.

Экспериментальные исследования измельчителя зерна проводились для определения зоны наименьшей энергоемкости процесса и надлежащего качества корма при заданной производительности устройства. В качестве исследуемого параметра дисковой плющилки была принята сила поджатия плоского рабочего диска пружиной.

Методика исследований

Проведение экспериментальных исследований осуществлялось в соответствии с требованиями руководящих документов: РД 10.19.2.-90, СТО АИСТ 19.2-2008 [10, 11].

Исследования процесса измельчения производились на лабораторной установке, состоящей из дисковой плющилки и частотного преобразователя Веспер Е2. Мощность, потребляемая лабораторной установкой, фиксировалась показаниями измерительного комплекса КИ-505. Повторность проведения замеров трехкратная [12].

Лабораторные исследования процесса измельчения зерна можно разделить на 5 стадий:

- очищенная от посторонних примесей партия зерна засыпается в загрузочный бункер с закрытой заслонкой, регулировочной гайкой задается необходимое усилие

поджатия пружины между рабочими дисками;

- с помощью частотного преобразователя задается частота вращения вала электродвигателя, замеряется мощность, потребляемая экспериментальной установкой на холостом ходу (без нагрузки);

- при работе привода плющилки открывается регулировочная заслонка. При установившемся режиме работы плющилки в течение 15-секундного интервала времени осуществляется отбор приготавливаемого продукта. Ваттметром замеряется значение мощности в процессе работы;

- производится взвешивание массы готового продукта, собранного в лотке за 15-секундный интервал времени работы плющилки, а также определяется средняя толщина хлопьев готового продукта. Для определения качества измельчения зерна из средней пробы подряд измеряется штангенциркулем толщина 100 хлопьев;

- производится определение часовой и секундной производительности лабораторной плющилки, определение энергоёмкости плющения зерна на экспериментальной установке.

После статистической обработки экспериментальных результатов производительность плющилки (кг/с) определяется делением массы навески (кг) плющенного корма за 15 секунд на время сбора навески (с) [13, 14, 15].

Результаты исследований

Энергоемкость (Дж/кг) определяется как деление мощности привода (Вт) на производительность плющилки (кг/с).

Model: Q=c0+c1*0

Q= -0,0198333+0,00065*3

Cteetved versus Preyed Values

0,042 0,038 0,034 0,030 0,026 0,022 0,018 0,014 0,010

0,010 0,014 0.013 0,022 ЩЛ 0,030 0,034 0,031 0.042 Predicted Values б

Рис. 2. График изменения производительности плющилки Q

O

а

а б

Рис. 3. График изменения толщины хлопьев зерна h

Производительность (кг/с) плющилки зерна описывается выражением

0=-0,019833+0,00065©,

где © - угол открытия заслонки, град.

Коэффициент корреляции Я = 0,99902, данные Р-теста 0,99603, т. е. данная модель входит в 95 %-ный доверительный интервал (рис. 2).

Производительность дисковой плющилки увеличивается прямо пропорционально углу установки регулировочной заслонки, и при увеличение угла установки до 90 град. производительность становится максималь-

ной и достигает своего предела.

Толщина хлопьев Л (мм) описывается выражением

Л = - 43,3437+0,538167а+0,008274Р -0,001600аа-0,000057Р- а.

Коэффициент корреляции Я = 0,98185, Р-тест = 0,926306 (рис. 3).

Описывая толщину хлопьев данной моделью, можно сказать, что с увеличением угла при вершине плющильного диска а (град.) и усилия поджатия пружины Р (Н) толщина хлопьев уменьшается и достигает минимума при угле а = 165 град. и усилии

1г Ъ

а б

Рис. 4. График изменения толщины хлопьев зерна Л (мм) в зависимости от угла при вершине плющильного диска а (град.) и усилия поджатия пружины Р (Н) при 0=0,025 (а) и 0,035 (б) кг/с

Нива Поволжья № 4 (33) 2014 113

поджатия пружины F=800 Н. Однако данная модель входит только в 90 %-ный доверительный интервал, на основании чего используем другую, более подходящую модель, которая по сравнению с предыдущей входит в 95 %-ный доверительный интервал (рис. 4).

Л=-43,3749+0,538167а+0,008274Р-0,001600аа-0,000057Ра+1,2139110.

Р!=0,98837, Р-тест =0,95291.

Представленные графические измене-

ния толщины хлопьев в зависимости от угла при вершине плющильного диска и усилия поджатия пружины при различных величинах производительности плющилки позволяют сделать вывод, что при различных значениях производительности (О = 0,025 кг/с и О = 0,035 кг/с) интенсивнее происходит плющение материала, что отчетливо видно на рисунке 4б. Наименьшая толщина хлопьев (Л = 1,1 мм) достигается быстрее при угле а = 164...165 град и усилии поджатия пружины Р = 700.800 Н.

Model: Y1=c0+c1*Q+c2*Q*Q+c3*F Y1=50135,7-238509*Q+3,043065(e7)*Q*Q+14,3154*F

.(EÎ3

б

Observed versus Predicted Values

44000 3S000 32000

M 03

i0

^ 26000 a>

£ Г)

ta

° 20000 14000

8000

О О J^^ Sa

О

0 %

8000

14000

20000 26000 Predicted Values

32000

3B000

Рис. 5. График энергоемкости плющения зерна Y1, Дж/

значений опытным

а

в

На основании полученных данных построена зависимость изменения толщины хлопьев в зависимости от производительности (рис. 6).

Рис. 6. График изменения толщины хлопьев зерна Л (мм) в зависимости от изменения производительности О

На графике отчетливо видно, что с увеличением производительности до 200 кг/ч толщина хлопьев Л составит 2 мм, что не соответствует зоотехническим требованиям. Наименьшее значение производительности составляет 35...75 кг/ч, при этом толщина хлопьев зерна Л составит 1.1,2 мм. На основании этого необходимо устанавливать положение заслонки и усилие поджатия пружины для получения необходимой толщины хлопьев зерна.

После обработки данных энергоемкости получено выражение регрессии, описывающее энергоемкость У1 (Дж/кг):

У1=50135,73-23850900+3043065802+14,3154Р.

Я = 0,98540, Р-тест = 0,9408.

Данная модель не попадает в 95 %-ный интервал, поэтому будет не совсем корректно описывать изменение энергоемкости приготовления плющеного зерна (рис. 5).

Для получения более адекватного выражения энергоемкости, использовали другой его вид:

У1 = 15247,57-2385062 0+30430138 02 + +14,3154Р+218,049а.

Я = 0,99028, Р-тест = 0,960663.

Данная модель входит в 95 %-ный доверительный интервал (рис. 7).

Анализируя данные рисунка 7, можно сказать, что при различных углах установки конического диска энергоемкость снижается, однако наиболее стремительное снижение идет при угле 155 град. и производительности 0,02 кг/с. При угле установки 165 град. такой стремительный спад не наблюдается, хотя при производительности 0,03 кг/с достигает такой же минимальной энергоемкости, что и при угле 155 град.

Выводы.

Анализ данных толщины хлопьев показывает, что хуже всего плющатся зерна при угле конического диска 158.160 град. Установка конуса с углом 165 град. обеспечивает меньшую толщину хлопьев и является рациональным значением. Дальнейшее увеличение угла конуса нецелесообразно ввиду существенного ухудшения условий загрузки зоны плющения зерновым ворохом.

Рис. 7. График изменения энергоемкости плющения зерна У1, Дж/(кгмм), с учетом толщины хлопьев в зависимости от производительности плющилки О, кг/с, и усилия поджатия

пружины Р, Н при а=155 (а) и 165 (б) град.

Нива Поволжья № 4 (33) 2014 115

Увеличение усилия поджатия дисков уменьшает толщину хлопьев. Повышение производительности плющилки приводит к утолщению хлопьев и снижению энергоемкости плющения. При производитель-

ности более 0,03 кг/с влияние усилия поджатия дисков на энергоемкость плющения менее выражено и составляет 10000... 15000 Дж/кг.

Литература

1. Абдюкаева, А. Ф. Оптимизация энергозатрат процесса измельчения зернового сырья / А. Ф. Абдюкаева, П. И. Огородников // Современные проблемы науки и образования. - 2007. -№ 1. - С. 30-36

2. Завражнов, А. И. Механизация приготовления и хранения кормов / А. И. Завражнов, Д. И. Николаев. - М.: Агропромиздат, 1990. - 336 с.

3. Коновалов, В. В. Механизация технологических процессов животноводства: учебное пособие / В. В. Коновалов, С. И. Щербаков, В. Ф. Дмитриев. - Пенза: РИО ПГСХА, 2006. - 275 с.

4. Овчинников, А. А. Исследование влияния конструктивно-режимных параметров смесителя на качество кормосмеси / А. А. Овчинников, А. В. Чупшев // Вестник Саратовского госагроунивер-ситета им. Н. И. Вавилова. - 2010. - № 6. - С. 21-23.

5. Сыроватка, В. И. Использование высоковлажного зерна в животноводстве / В. И. Сыроват-ка // Труды ГОСНИТИ. - 2007. - Т. 100. - С. 127-131.

6. Сысуев, В. А. Технология двухступенчатого плющения фуражного зерна / В. А. Сысуев, П. А. Савиных, В. А. Казаков // Достижения науки и техники АПК. - 2012. - № 6. - С. 70-72.

7. Дисковая плющилка зерна / В. Ф. Некрашевич, И. В. Воробьева, И. А. Иванова, А. Ф. Сла-биков, Д. А. Епифанцев // Сельский механизатор. - 2009. - № 9. - С. 23.

8. Курдюмов, В. И. Снижение энергоемкости измельчения / В. И. Курдюмов, Н. П. Аюгин, Н. П. Люгин / Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2008. - № 5. - С. 50-53.

9. Колобов, М. Ю. Использование центробежно-ударной мельницы для измельчения зерна / М. Ю. Колобов, В. Б. Лапшин, А. М Абалихин., А. М. Баусов // Техника в сельском хозяйстве. -2008. - № 4. - С. 52-53.

10. Сельскохозяйственная техника. Машины и оборудование для приготовления кормов. Порядок определения функциональных показателей (СТО АИСТ 19.2-2008). - Мн: Минсельхозпрод, 2010. - Введ. 10.12.2010 г. - 48 с.

11. Руководящий документ. Испытания сельскохозяйственной техники: Машины и оборудование для приготовления кормов: Методы испытаний (РД. 10.19.2.-90) - М., 1990. - 20 с.

12. Гумаров, Г. С. Основы научного исследования и обработки опытных данных на компьютере / Г. С. Гумаров, В. В. Коновалов. - Уральск: Типография ТОО «Полиграфсервис», 2008. - 242 с.

13. Коновалов, В. В. Обоснование угла установки емкости и длительности перемешивания сухих смесей барабанным смесителем / В. В. Коновалов, Н. В. Димитриев, С. А. Кшникаткин, А. В. Чупшев // Нива Поволжья. - 2013. - № 1. - С. 46-50.

14. Новиков, В. В. Обоснование параметров лопастной мешалки / В. В. Новиков, С. П. Сим-ченкова, В. И. Курдюмов // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2011. - № 2(14). - С. 104-108.

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

UDK 664.732.7

ANALYSIS OF LABORATORY TESTS OF DISK GRAIN CONDITIONER

M.A. Teryokhin, postgraduate student; V. V. Konovalov*, doctor of technical sciences, professor; VP. Terushkov, candidate of technical sciences, assistant professor; A.V. Chupshev, candidate of technical sciences, assistant professor

FSBEE HPT «Penza state agricultural academy»; *FSBEE HPT «Penza state technological university», Russia, e-mail: konovalov-penza@rambler. ru

The article deals with improving the productivity of animal husbandry which depends largely on the quality of making fodder. The search of the most promising and sustainable solutions in fodder production and feeding animals is very actual. The use of modern devices for feed preparation enables to find the most suitable solution in the industry of fodder production.

A flow diagram of a design of disk conditioner of feedstuffs with a description of how it works is presented in the article. The results of experimental studies that were conducted according to the methodology and requirements of the governing documents are given. Analytical and functional expressions, enabling to establish the performance and energy capacity of the grain conditioner have been obtained, and also they help to determine the rational parameters of the installation angle of the conical disk. On the basis of the experimental data a two-dimensional surface response, which helps to judge about the importance of changing the angle at the vertex of the conical disk and the efforts of the preload of the spring, affecting the thickness of the flakes rolled grain are shown. Graphical comparison of the experimental and calculated data was done on the basis of which the corresponding conclusions were made.

Key words: disk conditioner, grain, disk, flakes, energy capacity of conditioning grain, productivity of the conditioner.

References:

1. Abdukaeva, A. F. Optimization of energy consumption of the grinding process of grain raw materials / A. F. Abdukaeva, P. I. Ogorodnikov // Modern problems of science and education. - 2007. No. 1. -P. 30-36

2. Zavraznov, A. I. Mechanization of preparation and storage of feeds / A. I. Zavraznov, D. I. Ni-kolaev. - M.: Agropromizdat, 1990. - 336 p.

3. Konovalov, V. V. Mechanization of technological processes of animal husbandry: textbook / V.V. Konovalov, S. I. Shcherbakov, V. F. Dmitriyev. - Penza: EPD PSAA, 2006. - 275 p.

4. Ovchinnikov, A. A. Examining the influence of constructive and regime parameters of the mixer on the quality of feed / A. A. Ovchinnikov, A. V. Chupshev // Vestnik of Saratov state agrarian university in the name of N. I. Vavilov. - 2010. No. 6. - P. 21-23.

5. Syrovatka, V. I. Use of moisture grain in livestock / V. I. Syrovatka // Trudy of GOSNITI. - 2007. -Vol. 100. - P. 127-131.

6. Sysuyev, V. A. Technology two-stage crushing of forage grains / V. A. Sysuyev, P. A. Savinykh, V. A. Kazakov // Dostizeniya nauki i tekhniki APK. - 2012. No. 6. - P. 70-72.

7. Disk conditioner of grain / V. F. Nekrashevich, I.V. Vorobyova, I. A. Ivanova, A. F. Slabikov, D. A. Epiphantsev // Selsky mekhanizator. - 2009. No. 9. - 23 p.

8. Kurdyumov, V. I. Decreasing energy consumption of crushing / V. I. Kurdyumov, N. P. Ajugin, N.P. Lugin / Vestnik of Altai state agrarian university. - 2008. No. 5. - P. 50-53.

9. Kolobov, M. Yu. The use of a centrifugal mill for grinding grain / M. Yu. Kolobov, V. B. Lapshin, A. M. Abalikhin., A. M. Bausov // Technika v selskom khozyaystve. - 2008. No. 4. - P. 52-53.

10. Agricultural machinery. Machines and equipment for fodder preparation. The procedure for determining functional parameters (STO AIST 19.2-2008). - Minsk: Ministry of agriculture, 2010. - Introduction 10.12.2010. - 48 p.

11. Guidance document. Testing of agricultural machinery: Machines and equipment for feed preparation: Test methods (RD. 10.19.2.-90) - M., 1990. - 20 p.

12. Gumarov, G. S. Fundamentals of scientific research and processing of experimental data on the computer / G.S. Gumarov, V.V. Konovalov. - Uralsk: Typography LLP "Polygraphservice", 2008. - 242 p.

13. Konovalov, V.V. Reasoning the angle of placing tank and duration of mixing dry mixes with drum mixer / V.V. Konovalov, N.V. Dimitriyev, S. A. Kshnikatkin, A.V. Chupshev // Niva Povolzhya. -2013. No. 1. - P. 46-50.

14. Novikov, V. V. Reasoning the parameters of blade mixer installation / V.V. Novikov, S. P. Sim-chenkova, V.I. Kurdyumov // Vestnik of Ulyanovsk state agricultural academy. - 2011. No. 2(14). -P. 104-108.

15. Nurullin, E. G. Some results of studies on the determination of the parameters of the centralized dispensing devices, E. G. Nurullin, I. M. Sapakhov, I.Z. Islamov // Vestnik of Kazan SAU. - 2009. -No. 3(13). - P. 147-149.

Нива Поволжья № 4 (33) 2014 117