Determination of the rotation speed of chopped hay on the surface of the separator sieve of the leaf part of herbs

Full Text

Введение Для повышения уровня производства животноводческой продукции необходимо кормить животных полнорационной кормосмесью, которая состоит из сена, силоса или сенажа и комбикормов. Одним из основных компонентов комбикормов, предназначенных для всех видов животных и птиц, является витаминно-травяная мука (ВТМ). В настоящее время для приготовления ВТМ применяются дорогие и высокозатратные высокотемпературные способы, поэтому во многих случаях приготовление комбикормов осуществляется без включения ВТМ. Для решения данной задачи нами предложен новый способ, который заключается в том, что скошенная трава высушивается на прокосе до влажности 30…35 %, далее провяленная трава высушивается, предварительно измельченная безрешетным измельчителем. При этом нежная листовая часть мелко измельчается с размером до 15 мм, стеблевая часть крупно измельчается с длиной 20 мм и более. Далее предварительно измельченная масса поступает в разработанный нами сепаратор, и после отсепарированная мелко измельченная листовая часть сена подается в дробилку для получения муки [1]. Учитывая, что в листовой части бобовых трав содержание каротина и витаминов в 10…12 раз больше, чем в стеблевой части растения [2], при приготовлении ВТМ по предложенному способу была получена ВТМ с содержанием каротина более 300 мг/кг [3]. Для реализации способа был разработан экспериментальный образец линии приготовления ВТМ (финансирование МОН РК) и обоснованы параметры машин линии [3-5]. Здесь в основном производительность линии зависит от работы сепаратора листовой части трав, поэтому проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на обоснование параметров сепаратора листовой части трав, имеет особую актуальность. Цель исследований Определение скорости перемещения сена по поверхности решета, позволяющей определить производительность линии по массовой подаче и по муке. Материалы и методы Для теоретического определения средней скорости перемещения решета применен метод математического анализа, а для определения действительного значения скорости перемещения сена по поверхности решета использован метод однофакторного экспериментального исследования. Результаты и обсуждение Сепаратор листовой части трав состоит из рамы, решета, подбрасывающего барабана, очистительных щеток и приводных механизмов (рис. 1). Рис. 1. Схема сепаратора мелкой листовой части трав: 1 - рама; 2 - решето; 3 - эксцентриковый вал; 4 - рычаг; 5 - очистительные щетки; 6 - мотор-редуктор; 7 - подбрасывающий барабан; 8 - пальцы; 9 - грузик; 10, 11 - лотки; 12, 13 - кривошипно-шатунный механизм; 14 - рычажный механизм Сепаратор листовой части трав представляет собой решето, передняя часть которого получает вращательное движение, а задняя часть подвешена на тягу и совершает колебательное движение (рис. 2). В верхней части решета установлен подбрасывающий барабан. При этом пальцы барабана подбрасывают массу из толстого слоя вперед и его разрыхляют, т.е. обеспечивают полную сепарацию листовой части из предварительно измельченного слоя. В нижней части решета установлены очистительные щетки, и они, совершая возвратно-поступательное движение, обеспечивают очистку решета сепаратора. В ранее выполненных исследованиях проведен теоретический анализ сил, действующих на стебель, и определены основные оптимальные параметры сепаратора [3-5]. Однако не рассмотрен вопрос теоретического определения производительности сепаратора листовой части трав. При повороте кривошипа от 0 до 180° предварительно измельченное сено перемещается вместе с решетом, а при обратном движении решета сено, находящееся на его поверхности, перемещается по инерции вниз. В данном случае скорость перемещения сена немного будет снижаться. Однако средняя скорость перемещения сена имеет значение, близкое к средней скорости самого решета в одном направлении. При известном значении средней скорости перемещения сена по поверхности решета толщины, ширины и плотности слоя производительность сепаратора определяется по формуле: (1) где bc - ширина решета, м; hc - высота слоя, м. С учетом выхода листовой части сена Кл производительность линии по муке определяется по формуле: (2) Входящие в состав линии измельчитель грубых кормов для предварительного их измельчения, дробилка для получения муки и транспортирующие машины имеют высокую производительность, поэтому производительность линии зависит только от работы сепаратора листовой части трав. Здесь для теоретического определения производительности сепаратора необходимо определить скорость перемещения сена по поверхности решета. Для ее определения вначале необходимо иметь теоретическую зависимость средней скорости самого решета, и далее через коэффициент отставания скорости сена можно получить искомую зависимость. Из ранее проведенных исследований известно, что скорость перемещения решета в горизонтальном направлении определяется по формуле [6]: где ωк - угловая скорость кривошипа, рад/с; Rк - радиус кривошипа, м. Использование данной формулы для определения скорости перемещения решета также подтверждается полученными значениями скорости перемещения решета в различных четвертях окружности вращения кривошипа. Например, скорость изменения решета в первой четверти повышается от 0 до значения окружной скорости решета, поэтому оправдано применение данной формулы для определения средней скорости решета в горизонтальном направлении. Из курса математики известно, что среднее значение функции в определенном интервале определяется как отношение определенного интеграла от этой функции к длине интервала. Здесь скорость решета одинаково изменяется через каждые 90°, поэтому искомое значение скорости определяется по формуле: (3) где nк - частота вращения кривошипа, мин-1. Учитывая значение коэффициента отставания перемещения сена по поверхности решета Ко, средняя скорость υсп перемещения сена определяется по формуле: Таким образом, получено аналитическое выражение для определения средней скорости решета. Для использования данной формулы необходимо определить коэффициент отставания сена от скорости решета. Для определения действительного значения скорости перемещения сена по поверхности решета проведено экспериментальное исследование на сепараторе листовой части трав (рис. 3). Рис. 3. Общий вид сепаратора листовой части трав при проведении экспериментальных исследований Анализ работы колебательного движения показывает, что начало решета получает вертикальное перемещение, равное диаметру окружности вращения кривошипа, и значение данного перемещения стремится к нулю в конце решета. Отсюда ясно, что на начальном этапе движения перемещение массы происходит с подбрасыванием, поэтому можно ожидать, что скорость движения сена будет больше, чем в конце решета. Исходя из этого, общую длину решета (L = 1160 мм) нужно разделить на четыре участка, и необходимо определить значение средней скорости перемещения сена на каждом участке решета. Время движения сена определено электронным секундомером. Для подачи корма была оставлена определенная длина в начале решета, и поэтому 0,8 м его длины разделено на 4 участка с длиной 0,2 м. При этом закономерность изменения скорости движения сена по поверхности решета приведена на рис. 4. Экспериментальные значения средней скорости перемещения сена по поверхности решета показаны на середине каждого участка. Анализ графика показывает, что действительная скорость перемещения сена и ее скорость изменения в начале решета имеют максимальные значения. Далее наблюдается закономерность снижения этих скоростей. На начальном участке решета скорость перемещения сена по поверхности решета равна скорости перемещения самого решета. Здесь следует отметить согласованность полученной закономерности с экспериментальными данными, поэтому полученное уравнение используем для определения средней скорости перемещения сена по поверхности решета υсп; при этом уравнение имеет следующий вид: (4) Таким образом, определено действительное значение средней скорости перемещения слоя сена по поверхности решета. При известных оптимальных значениях частоты вращения nк = 305 мин-1 и радиуса кривошипа Rк = 0,015 м [5] средняя скорость перемещения решета равна 0,305 м/с, и в данном случае коэффициент отставания Ко = 0,623. Поэтому средняя скорость перемещения сена по поверхности решета сепаратора определяется по формуле: (5) В результате теоретических и экспериментальных исследований получено аналитическое выражение для расчета скорости перемещения сена по поверхности решета. В настоящее время для облегчения работы оператора, осуществляющего подачу сена в измельчитель, в состав машин линии включен малогабаритный питатель-дозатор, который обеспечивает механизированную подачу сена в измельчитель, предназначенный для предварительного измельчения грубых кормов. При этом производительность линии по массовой подаче была равна 953 кг/ч, и данная производительность является максимальной для оператора, который занимается загрузкой питателя-дозатора стебельных кормов. При такой производительности линии по массовой подаче выход муки составляет 58,9 %, т.е. производительность линии по муке - более 500 кг/ч, и это довольно высокий показатель для линии [7]. При известных значениях производительности, скорости перемещения сена, ширины решета bp = 0,6 м и плотности измельченного сена ρc = 125,2 кг/м3 [8] можно определить по формуле (1) толщину слоя, перемещаемого по поверхности решета, и она равна 0,0186 м. Наблюдения за работой сепаратора показали, что толщина слоя менее 0,02 м обеспечивает рациональную работу сепаратора. Выводы 1. В результате теоретических исследований получены аналитические выражения для определения производительности сепаратора (1), (2) и средних скоростей перемещения решета в горизонтальном направлении и перемещения сена по поверхности решета (5). 2. В результате экспериментальных исследований получена закономерность изменения средней скорости перемещения сена в зависимости от длины решета, которая обеспечивает получение эмпирического выражения для определения действительного значения средней скорости перемещения слоя сена по поверхности решета (4), равного 0,19 м/с. 3. При средней производительности линии по массовой подаче толщина перемещаемого слоя по поверхности решета была равна 0,0186 м, и она не является максимальной для сепаратора листовой части трав. Рис. 2. Схема перемещения решета сепаратора мелкой листовой части трав в горизонтальном и вертикальном направлениях: 1 - решето; 2 - кривошип Рис. 4. Закономерность изменения скорости перемещения сена в зависимости от длины решета

About the authors

T. Abilzhanuly

Scientific Production Center of Agricultural Engineering, LTD

Email: spcae@yandex.kz
DSc in Engineering Almaty, Republic of Kazakhstan

D. T Abilzhanov

Scientific Production Center of Agricultural Engineering, LTD

Email: spcae@yandex.kz
PhD in Engineering Almaty, Republic of Kazakhstan

References

Supplementary files