Обзор и анализ смесителей сыпучих кормов

ТЕХНИЧЕСКИЕ НА УКИ

УДК 631.363.7:681.332.6 В.С. Ляшенко

ОБЗОР И АНАЛИЗ СМЕСИТЕЛЕЙ СЫПУЧИХ КОРМОВ

Большой прорыв в сельском хозяйстве России связан с кормопроизводством. Производство корма объединяет в систему все отрасли сельского хозяйства (земледелие, растениеводство, животноводство), экологию, управление сельскохозяйственными землями, рациональное природопользование и дает огромные перспективы их развитию. Заключительной операцией при приготовлении комбикормов является смешивание. Серийно выпускаемые смесители сыпучих кормов не обеспечивают установленной однородности смеси. Перспективным направлением является использование вибраций. Приведены конкретные направления исследований вибросмесителей непрерывного действия с различными перемешивающими элементами. Производство кормосмесей и комбикормов высокого качества непосредственно на сельскохозяйственных предприятиях сегодня очень актуально. Для этого нужны новые высокоэффективные машины, в частности смесители. Существуют барабанные смесители сыпучих кормов. На основе анализа данных конструкций разработано устройство вибрационного смесителя сыпучих кормов. Отличительная особенность вибрации - возможность воздействия как на значительные объемы сыпучей среды, так и на ее тончайшие слои за счет регулирования параметров вибрации. Для улучшения технико-экономических показателей вибрационного смесителя сыпучих кормов предложены системы непосредственного электропривода на основе линейного асинхронного двигателя с однофазным частотным преобразователем и системой управления двигателем. Применение линейного асинхронного двигателя в приводах сельхозмашин соответствует новейшим тенденциям развития технической базы предприятий АПК. Совершенствование вибросмесителей с целью повышения однородности кормовых смесей имеет свои перспективы и положительно скажется на повышении продуктивности животноводства.

Ключевые слова: смешивание, вибрация, смесь, качество.

Введение

Увеличение эффективности животноводства возможно только в случае продуктивности сельскохозяйственных животных. Она, в свою очередь, зависит от сбалансированности питания. Для этого в рационы добавляются комбикорм, премикс, белковые, витаминные и минеральные добавки.

Приобретение уже готовых сухих смесей и комбикормов ведет к потерям, которые связаны с тратами на транспортировку. Кроме того, невостребованными остаются собственные ресурсы. Увеличивается себестоимость конечной продукции. В связи с этим лучше всего производить комбикорм в месте его использования.

Производство данной продукции является сложным многофакторным процессом, важным этапом в котором считается смешивание. Наибольшее распространение получило смешивание за счет движущихся лопастей, вращения резервуара смесителя, прохождения массы через сопла, сжатого воздуха, жидкости либо пара, вибрации, ультразвука и т.п. [1].

Но вся имеющаяся техника не во всех ситуациях способна обеспечить качественное однородное смешивание с позиции микрообъема.

© Ляшенко В.С., 2015

Объекты и методы

Получил известность смеситель сыпучих видов корма [3]. Он включает в себя следующие основные составляющие элементы: корпус, шнек, фильтры. Корпус имеет вид бункера со свойственным ему усеченным дном, которое переходит в стакан. На дне расположена нижняя часть шнека. Сверху в корпус входят фильтры, которые необходимы для того, чтобы удерживать в устройстве измельченные частицы. Также они помогают сбрасывать нагнетаемый пневмотранспортером воздух. По оси корпуса имеется кожух. Внутри у него размещается шнек. В области нижнего основания стакана располагается питатель-дозатор, имеющий вид конусовидного кармана, в который происходит загрузка обогатительных добавок.

Выгрузка готовой продукции осуществляется посредством самотека через выгрузной патрубок со дна бункера за счет открытия специальной задвижки.

Подача обогатительных добавок происходит с помощью конусовидного кармана к нижнему основанию шнека. В подобное исполнение не входят зависания добавок в области основания смешивающего шнека. Обогатительные добавки считаются самым малым и самым дорогим составным элементом кормовой смеси. Зависание для малых частей добавки способно привести к несоблюдению рецепта, а также к уменьшению качества конечной продукции. В момент полной выгрузки продукции может быть образован в достаточно большом количестве «мертвый» остаток в области усеченного дна бункера. Это повышает время на технологическое обслуживание смесителя.

Имеется также смеситель барабанного типа, в который входит корпус, система загрузки, сделанная в виде дозатора трубчатого вида. Устройство также включает в себя концен-трично расположенные трубы. Каждая из них имеет щелевое отверстие по образующим. Система загрузки имеет вид лопасти, которая соединяется с наружной трубой дозатора, имеющего загрузочное отверстие [3].

Данный смеситель не способен обеспечить эффективное смешивание компонентов, разных по удельному весу, оседающих в нижней области цилиндрического барабана. Все это мешает выгрузке. Среди недостатков также следует выделить длительность приготовления.

В практике достаточно часто используется барабанный смеситель сыпучих видов кормов, в который входят вращающийся корпус цилиндрической формы, рабочие органы и загрузочный / разгрузочный бункеры [4].

Недостаток подобного устройства - не слишком высокое качество смешивания. Компоненты скапливаются в нижней области барабана за счет сегрегации смешивающих сыпучих компонентов, которые разнородны друг с другом.

Как более совершенный вариант смесителя барабанного типа может выступать барабанный смеситель сыпучих видов кормов. В него входят вращающийся корпус цилиндрической формы, рабочие органы и бункеры для загрузки и разгрузки. Рабочие органы имеют вид консольных лопастей и лопаток, которые установлены кольцевыми рядами. В каждом отдельно взятом ряду имеется две лопасти и столько же лопаток. Они расположены диаметрально противоположно друг другу. В длину лопасть равна одной трети от внутренней величины диаметра корпуса. В ширину лопатка достигает 0,004 от внутренней величины диаметра корпуса. Угол наклона лопатки по отношению к оси корпуса может быть определен соотношением 2° < а < 8°. Ко всему прочему смеситель обладает разгрузочным устройством, имеющим вид установленных по кольцу ковшей серповидной формы, которые обращены вогнутостью по направлению вращения корпуса, усеченной конической течки и задвижки. Большее основание течки обращено в стороны бункера разгрузочного. Смеситель барабанного типа сыпучих кормов характеризуется установкой конической течки под углом в > 45° по отношению к оси корпуса [4].

Среди недостатков подобного устройства следует выделить не слишком высокое качество смешивания. Компоненты скапливаются в нижней области барабана. Кроме того, наблюдается сегрегация смешивающих компонентов, которые разнородны по отношению друг к другу.

В проектировании новых смесителей наибольшей перспективой пользуется полезное применение вибрации. С помощью нее компоненты подходят к состоянию псевдожижения и виброкипения.

Вибрация является достаточно эффективным средством контроля над динамическим состоянием сыпучих кормов. Кроме смесителей барабанного типа может использоваться более прогрессивный способ смешивания - псевдосжиженные или квазиневесомые. За достаточно малый промежуток времени данный метод позволяет получить однородную смесь с различными объемной массой и размерами частиц [5].

Среди отличительных особенностей вибрации следует выделить возможность воздействия на большие объемы сыпучих материалов, а также на их тончайшие слои посредством регуляции параметров вибрации. Положительные свойства - низкая металлоемкость и энергоемкость [6].

За счет регулирования параметров вибрации при сравнительно небольших затратах энергоресурсов можно воздействовать не только на достаточно большие объемы материалов, но и на их тончайшие слои [7]. Руководствуясь принципом работы, можно сказать, что устройства делятся на несколько типов. Они могут характеризоваться периодическим и непрерывным действием.

Идея формирования сыпучей кормовой продукции посредством воздействия вибрацией повлекла за собой формирование высокоэффективных смесителей кормов сыпучего типа [8]. Они включают в себя несущую раму с установленным с помощью упругих рессор под определенным углом относительно горизонта рабочим органом. Этот орган имеет вид открытого желоба цилиндрической формы с одной торцевой стеной. Также для устройства характерно наличие приводной станции, имеющей эксцентриковые возбудители вибрации. Посредством шатунов осуществляется передача рабочему органу поперечных колебаний. Под их воздействием происходит потеря частицами корма контактов с вибрирующей поверхностью. В данной ситуации происходит переход сыпучей среды в состояние «псевдоожижения» и «виброкипения». Для такого состояния характерно наиболее эффективное и полное разрушение структуры сыпучей продукции. Происходит также разрыв связей между частицами, и, соответственно, образуется однородная смесь.

Среди недостатков подобной смеси можно выделить низкую производительность, трудоемкость обеспечения сглаживающих способностей неравномерной деятельности дозаторов, что ведет к уменьшению однородности смеси в связи с отсутствием активных перемешивающих компонентов внутри рабочего органа.

Известен также смеситель вибрационного типа сыпучих видов материала [9], в который входит упруго установленный на основании контейнер цилиндрической формы с загрузочной горловиной, а также с разгрузочным патрубком. Внутри патрубка имеется вал с зафиксированными на нем пружинами. На концах вала с наружной части контейнера располагаются возбудители вибрации.

Смешиваемый материал в момент попадания в контейнер подвергается воздействию со стороны тех пружин, которые располагаются на валу, и вибрирующего корпуса. В итоге материал осуществляет переход в состояние «виброкипения», способствующее интенсивной циркуляции и смешиванию элементов.

Среди недостатков подобного устройства следует выделить низкую производительность в момент смешивания сыпучих видов материала. Это происходит из-за небольшой скорости перемешивания вдоль контейнера.

Кроме того, имеется смеситель вибрационного типа сыпучих видов кормов. В него входит опорная рама, которая состоит их нескольких нижних продольных балок. Данные балки крепко зафиксированы друг с другом посредством поперечин, на которых закреплены косынки, а также стойки (передние и задние). В устройство также входит поворотная рама, состоящая из продольных углов, к торцевым участкам которых крепко фиксируется опорная плита эксцентрикового вида механизма. На перемычках посредством кронштейнов фиксируются рессоры, которые соединяют раму поворотного типа с виброжелобом. В виброжело-

бе располагаются элементы перемешивающего типа, стержни, а также регулировочные пластины, на которых зафиксированы бункеры-дозаторы. Дозаторы снабжаются механизмами регулировочного типа, осуществляющими подачу кормов. Под электродвигателем требуется понимать двигатель постоянного тока вращения посредством ременной передачи закрепленный с устройством преобразования движения вращательного типа в возвратное поступательное. Данное устройство соединяется с виброжелобом посредством тяги [10].

Среди недостатков подобного вида смесителя можно выделить низкие технико-экономические аспекты, возникающие при увеличении массогабаритных характеристик привода [11].

Как более совершенная модель используется смеситель сыпучих видов кормов. В него входят смесительная камера, трубки, шнеки, патрубки (загрузочные и выгрузной). Труба представляет собой усеченный конус, малое основание которого направленно вверх. Она жестко крепится большим основанием внутри камеры смесительного типа с ее основанием. Происходит это по оси симметрии камеры. Длина трубы меньше длины внутренней полости камеры смесительного типа. В нижней области трубы имеются пазы. Установка шнека происходит во внутренней части трубы. Имеется возможность регулировки частоты вращения шнека. Диаметры витков шнека снижаются по мере ухода от большого основания трубки по направлению к малому основанию.

Подобное исполнение устройства увеличивает качество конечной продукции посредством избавления от зависаний обогатительных добавок в дозаторе питательного типа. Ко всему прочему, сокращается время на технологическое обслуживание при избавлении от «мертвого» остатка продукции в момент полной выгрузки.

Результаты исследований

Совершенствование вибросмесителей с целью повышения однородности кормовых смесей имеет свои перспективы и положительно скажется на повышении продуктивности животноводства.

В литературе [12] указаны пути совершенствования смесителей сыпучих кормов. Авторами предлагается рациональное размещение внутри корпуса смесителя перемешивающих элементов, способствующих получению высокого качества смеси. Планируется разработать схему вибросмесителя с комбинированными перемешивающими элементами, способствующими интенсификации процесса смешивания всех ингредиентов будущей кормовой смеси.

Список литературы

1. Мельников, С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм / С.В. Мельников. - Л. : Колос, Ленинградское отделение, 1978. - 560 с.

2. Завражнов, А.И. Механизация животноводства / А.И. Завражнов, Д.И. Николаев. - М. : Агропромиз-дат, 1990. - 157 с.

3. Обоснование конструкции смесителя кормов / С.М. Ведищев [и др.] // Наука на рубеже тысячелетий : сб. материалов 5-й междунар. науч.-практ. конф., 26-27 окт. 2008 г. - С. 181-183.

4. Ведищев, С.М. Смеситель сухих рассыпных кормосмесей / С.М. Ведищев, А.В. Прохоров, Н.В. Холь-шев // Вопросы современной науки и практики / Ун-т им. В.И. Вернадского. - 2012. - № 4 (42). - 326 с.

5. Щеблыкин, В. Новые смесители для предприятий / В. Щеблыкин, Л. Кортунов, А. Сухарев // Комбикорма. - 1999. - № 3.- С. 20-22.

6. Гончаревич, И.Ф. Теория вибрационной техники и технологии / И.Ф. Гончаревич, К.В. Фролов. -М. : Наука, 1981. - 320 с.

7. Николаев, В.Н. Разработка и обоснование параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 / Николаев Владислав Николаевич. - Челябинск, 2004. - 22 с.

8. Сергеев, Н.С. Вибрационный смеситель. Патент РФ № 2166360 / Н.С. Сергеев, В.Н. Николаев, Н.В. Кечина. - 2001. Бюл. № 13.

9. Сергеев, Н.С. Вибрационный смеситель сыпучих материалов. Патент РФ № 2305591 / Н.С. Сергеев, В.Н. Николаев, С.А. Букрин - 2007. Бюл. № 25.

10. Механизация технологических процессов животноводства / В.В. Коновалов [и др.]. - Пенза : РИО ПГСХА, 2006. - 119 с.

11. Обоснование основных параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов / У.К. Сабиев [и др.] // Техника в сельском хозяйстве, - 2008, - № 4 - С. 47-49.

12. Сабиев, У.К. Пути совершенствования смесителей сыпучих кормов / У.К. Сабиев, А.В. Яковенко // Исторические аспекты, состояние и перспективы развития земледелия в Сибири и Казахстане : науч.-практ. конф. - Омск, 2014. - С. 150-152.

Ляшенко Виктория Сергеевна, аспирант, ОмГАУ им. П.А. Столыпина, e-mail: lyashenko_vichka@list.ru.

SUMMARY

V.S. Lyashenko

Review and analysis of mixers bulk feed

A big breakthrough in the development of Russian agriculture is associated with forage production. Fodder production brings together in a single system all sectors of agriculture (farming, crops, livestock), ecology, land management, environmental management, ecology and provides great prospects for their development. The final operation in the preparation of animal feed is mixing. Commercially available mixers bulk feed installed do not provide a homogeneous mixture. A promising direction in the preparation of animal feed is the use of vibrations. The specific research areas of vibronically continuous action with different mixing elements. Production of feed and feed high quality directly in agricultural enterprises today is very important. This requires a new high-performance machine, in particular faucets. There are drum mixers bulk feed. Based on the analysis of existing designs developed device vibrating mixer bulk feed. A distinctive feature of the vibration - potential impacts on significant amounts of granular media and its subtlest layers by controlling the vibration parameters. To improve technical and economic performance of the vibration mixer bulk feed of the proposed system of direct electric drive on the basis of linear induction motor with single-phase frequency. Converter and the engine management system. Application of linear induction motor drives of machinery conform to the latest trends in technical base of agricultural enterprises. After Proversa analysis of existing mixers bulk feed can be concluded that the improvement of vibronically to improve uniformity of feed mixtures has their own prospects and will have a positive impact on improving livestock productivity.

Keywords: mixing, vibration, mixture quality.

Lyashenko Viktoriya Sergeevna, Postgraduate, OSAU named after P.A. Stolypin, e-mail: lyashenko_vichka@list.ru.

УДК 539.612

И.А. Прудникова, М.В. Мамонова, М.О. Стогова

ВЛИЯНИЕ ОРИЕНТАЦИИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ГРАНИ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТИВИРОВАННОЙ АДСОРБЦИИ МОНОСЛОЙНОЙ ПЛЕНКИ ЖЕЛЕЗА

Работа поддержана грантом Российского научного фонда № 14-12-00562.

В данной работе, в рамках модели описания адсорбции вариационным методом функционала спиновой плотности, исследовано поведение энергии адсорбции и пространственного распределения намагниченности для монослойной пленки железа на подложках из Ag и Аи с учетом ориентации поверхностной грани и температуры в зависимости от величины параметра покрытия. Проведенные расчеты показали, что в области больших значений параметра покрытия & образование ферромагнитной пленки на поверхности подложки значительно увеличивает энергию адсорбции по сравнению с парамагнитной пленкой. Максимальная разность энергий для плотноупакованной грани (111) составляет АЕ^ ~ 54%. Для рыхлой грани (110) АЕ^ значительно меньше ~ 10%. Для системы Fe/Ag (111), начиная с в > 0,8, энергетически выгоднее становится поверхностная «сандвич»-структура, характеризуемая вытеснением ионами железа ионов серебра на поверхность и образованием плоскости из ионов железа в первом приповерхностном слое с наружной пленкой из атомов серебра. Для системы Fe/Ag пик намагниченности приходится на область пленки только при & = 1 для всех граней, а для системы Fe/Au для грани (111) имеет пик намагниченности в пленке для большинства исследуемых значений Т и &. Для рыхлой грани Fe/Au можно наблюдать пик в пленке при значениях & > 0,65. При малых значениях

© Прудникова И.А., Мамонова М.В., Стогова М.О., 2015

60