OPTIMIZATION OF SPIRAL MIXER-PIPELINE CONSTRUCTIVE-TECHNOLOGICAL PARAMETERS

Abstract


The purpose of the study is reduction of mixing concentrated feed (fodder concentrates) energy, respecting the zootechnical requirements for quality of the mixture by using mixers-conveyors. The tasks of the study are to set the functional dependence between the structural and technological parameters of the mixer and process indicators to identify optimal or rational values of mixer parameters providing the required quality and the lowest power consumption of carburetion mixture. The description, constructive scheme and photo of continuous action mixer-conveyor with volute working body are given. The author describes the method and results of experimental studies of continuous action mixer-conveyor. The article deals with the expressions describing the unevenness of mixture and energy stirring consumption depending on the length of the mixing zone, the device performance and the proportion of the controlling component. There are constructed two-dimensional sections of the second order response surfaces. Mixer parameters are justified based on the analysis of mixture unevenness graphs and energy justified options mixer: optimal device performance is about 3.6 t/h; mixer-conveyor is able to prepare dry mix with share of the mixture component - not less than 13% and the length of the mixing zone - not less than 1 m.

Full Text

Повысить продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы можно за счет выдачи в достаточном количестве качественных комбикормов, как полнорационных для свиней и птицы, так и концентратов для КРС. С целью повышения экономической эффективности использования комбикормов и снижения их стоимости, хозяйства стремятся использовать собственный фураж и покупные БВД, обладающие в составе комбикорма 10-20% массы. К сожалению, далеко не все смесители способны приготавливать смеси надлежащего качества [1]. Существует большое разнообразие указанных устройств, но далеко не все из них способны приготавливать качественную смесь в конкретных технологических условиях и определенного рецепта [2-10]. Другим недостатком существующего процесса смешивания является потребность в последующем транспортировании приготавливаемых смесей, осуществляемая конвейерами. Устранить данные недостатки можно за счет применения смесителей-конвейеров. Цель исследования - снижение энергоемкости приготовления смеси концентрированных кормов (комбикормов-концентратов) при соблюдении зоотехнических требований на качество смеси за счет применения смесителей-конвейеров. Задачи исследований: 1) установить функциональную зависимость между конструктивными и технологическими параметрами смесителя, и показателями технологического процесса; 2) выявить оптимальные либо рациональные значения параметров смесителя, обеспечивающих надлежащее качество смеси и минимальную энергоемкость смесеобразования. Авторами был разработан смеситель-конвейер сухих концентрированных кормов непрерывного действия (рис. 1), осуществляющий как приготовление смеси в непрерывном режиме, так и одновременную транспортировку к следующим технологическим машинам (рис. 1). Материалы и методы исследований. Смеситель представляет собой спирально-винтовой шнек (конвейер), состоящий из кожуха 2, загрузочной воронки 1, выгрузного лотка 6, электродвигателя 7, прутковой спирали 4 рабочего органа. Внутри кожуха на подшипниках установлен рабочий орган, представляющий собой вал 3 с крепящейся к нему на радиальных поддерживающих лопастях 5 винтовой спиралью 4 из металлического прутка. Диаметр прутка спирали соответствует 5,0; 6,5 и 8,0 мм при шаге спирали 50; 120 и 175 мм. Диаметр кожуха 100 мм. Частота вращения рабочего органа изменяется от 190 до 440 мин-1. Длина кожуха лабораторного смесителя-конвейера составляет 2,3 м. Компоненты смеси поступают в загрузочную воронку 1 смесителя-конвейера непрерывного действия. Поступающий материал (компоненты смеси) захватывается прутковой спиралью 4 однозаходного шнека и разгоняется в направлении выгрузного лотка 6. В процессе транспортировки материала перемешиваются компоненты смеси за счет воздействия на них прутковой спирали 4. При поступлении смеси в зону выгрузного лотка 6 осуществляется ее самопроизвольная выгрузка под действием гравитации. План проведения экспериментов предусматривал варьирование тремя факторами. Уровни варьирования факторов: производительность смесителя Q=3; 4; 6 кг/с; доля контрольного компонента dk=110; 230; 350%; длина зоны смешивания Lk=0,5, 1,1 и 1,7 м. Методика опытов предусматривала подачу контрольного компонента (зерна ячменя) в наполнитель, состоящий из дерти ячменной и пшеничной в пропорции (1:1), насыпной плотностью 710 кг/м3. Количество проб для определения качества смеси - 20 шт. Масса каждой пробы - 100 г. Рис. 1. Винтовой смеситель-конвейер концентрированных кормов: а) общий вид; б) схема; 1 - загрузочная воронка; 2 - кожух; 3 - вал; 4 - прутковая спираль; 5 - радиальная поддерживающая лопасть; 6 - выгрузной лоток; 7 - электродвигатель Результаты исследований. В результате обработки результатов экспериментов получено выражение неравномерности смеси (коэффициента вариации содержания контрольного компонента в пробах), %: n = 63,2567 - 89,9991∙Q + 45,6026∙Q2 - 0,7119∙dk + 2,539/dk+0,7262/Lk. (1) Коэффициент корреляции R=0,96896. F-тест=0,9565. Наиболее интенсивно улучшается качество на первом метре длины зоны смешивания (рис. 2), а затем неравномерность смеси практически не изменяется. Наименьшая неравномерность смешивания обеспечивается при производительности около 1 кг/с (3,6 т/ч). Увеличение доли контрольного компонента улучшает качество смеси. Зоотехнические требования (менее 10%) обеспечиваются при доле контрольного компонента не менее 13%. В результате проведения эксперимента получено уравнение регрессии энергоемкости и определены коэффициент корреляции и данные F-теста. Уравнение регрессии энергоемкости (Дж/кг) запишется как Y = 236,5577 + 166,444/Lk + 177,6712∙Lk - 558,636∙Q + 3,740061× ×dk - 45,8538∙(1/Lk)2 - 40,6377∙(Lk)2 + 277,2512∙Q2 + 0,126055∙(dk)2 - 7,41507∙Q∙dk. (2) Коэффициент корреляции R=0,98993. F-тест=0,973831. а б в г Рис. 2. Двумерные поверхности отклика неравномерности смешивания (%): а, б) от производительности Q (кг/с) и доли контрольного компонента dk (%); в) от длины зоны смешивания Lk (м) и доли контрольного компонента dk (%); г) от производительности Q (т/ч) и длины зоны смешивания Lk (м) Графический анализ полученного выражения показал (рис. 3), что доля контрольного компонента практически не влияет (в пределах ошибки опыта) на значения энергоемкости. Видимо влияет изменение физико-механических свойств смеси (цельные зерна ячменя обладают большей текучестью, чем дерть). Увеличение производительности снижает энергоемкость. Минимум энергоемкости соответствует около 1 кг/с (3,5 т/ч) и соответствует 180-220 Дж/кг в зависимости от доли контрольного компонента. Учитывая, что в экспериментах изменялась не длина конвейера, а расположение выгрузного отверстия по длине кожуха конвейера, влияние длины конвейера на энергоемкость существенного влияния не имеет. Рис. 3. Двумерные поверхности отклика энергоемкости Y (Дж/кг) в зависимости от производительности устройства Q (кг/с) и доли контрольного компонента dk (%) при длине зоны смешивания L=0,55 и 1,7 м В результате проведения эксперимента рассчитаны значения корректированной энергоемкости, Дж/кг: (3) После статистической обработке полученных данных определено уравнение корректированной энергоемкости: Yk = 348,1739 + 253,0372/Lk + 263,287∙Lk - 893,059∙Q - 0,80497× ×dk - 39,0627∙(1/Lk)2 - 45,3764∙Lk2 + 340,2805∙Q2 + 0,032935∙dk2 - 4,90645∙Q∙dk. (4) Коэффициент корреляции R = 0,98150. F-тест = 0,951731. Рис. 4. Двумерные поверхности отклика корректированной энергоемкости Yk (Дж/кг) в зависимости от производительности Q (кг/с) и доли контрольного компонента dk (%) Наиболее значимо влияние производительности, снижающей скорректированную энергоемкость процесса. Увеличение длины конвейера повышает корректированную энергоемкость незначительно. Доля контрольного компонента влияет несущественно. Заключение. Таким образом, оптимальна производительность смесителя-конвейера около 1 кг/с (3,6 т/ч) при энергоемкости смесеобразования порядка 200 Дж/кг. Смеситель-конвейер обеспечивает соблюдение зоотехнических требований на качество смеси при доле контрольного компонента не менее 13%. Длина зоны смешивания смесителя-конвейера должна быть не менее 1 м, а мощность привода составлять около 200 Вт.

About the authors

V V Konovalov

FSBE HVE Penza STA

Email: konovalov-penza@rambler.ru
440014, Penza region, Penza, Botanicheskaya, 30 str
dr. of techn. sciences, prof. of the «Animal husbandry mechanization» department

A S Fomin

FSBE HVE Penza STA

Email: as_fomin@bk.ru
440014, Penza region, Penza, Botanicheskaya, 30 str
post-graduate student of the «Mechanization of technological processes in agrarian and industrial complex» department

V P Teryushkov

FSBE HVE Penza SAA

Email: tvp141@mail.ru
440014, Penza region, Penza, Botanicheskaya, 30 str
cand. of techn. sciences, associate prof. of the «Operation of Machine and Tractor Park» department

A V Chupshev

FSBE HVE Penza SAA

Email: chupschevav@mail.ru
440014, Penza region, Penza, Botanicheskaya, 30 str
сand. of tech. sciences, senior teacher of the «Operation of Machine and Tractor Park» department

References

  1. Сыроватка, В. И. Новые технические решения приготовления комбикормов в хозяйствах / В. И. Сыроватка, Н. В. Обухова, А. С. Комарчук // Кормопроизводство. - 2010. - №7. - С. 42-45.
  2. Коновалов, В. В. Устройство для внесения жира в концентрированные корма / В. В. Коновалов, А. А. Курочкин, К. М. Мишин // Механизация и электрификация с/х. - 2002. - №5. - С. 12-13.
  3. Кухарев, О. Н. Результаты исследований барабанного дражиратора / О. Н. Кухарев, И. Н. Сёмов, А. М. Чирков // Нива Поволжья. - 2010. - №1 - С. 54-57.
  4. Терюшков, В. П. К вопросу влияния высоты слоя корма и диаметра лопасти на перемещение материала / В. П. Терюшков, А. В. Чупшев, В. В. Коновалов // Повышение эффективности использования ресурсов при производстве с/х продукции - новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства : сб. науч. докл. XVI Международной науч.-практ. конф. - Тамбов : Изд-во Першина Р. В., 2011. - С. 64-67.
  5. Коновалов, В. В. Мобильный раздатчик для сухих и жидких кормов / В. В. Коновалов, С. И. Щербаков, С. В. Гусев // Молочное и мясное скотоводство. - 2003. - №1. - С. 23-24.
  6. Новиков, В. В. Обоснование параметров лопастной мешалки / В. В. Новиков, С. П. Симченкова, В. И. Курдюмов // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2011. - №2. - С. 104-108.
  7. Коновалов, В. В. Теоретическое обоснование основных конструктивных и режимных параметров смесителя кормов периодического действия / В. В. Коновалов, А. В. Чупшев // Научно технический прогресс в сельскохозяйственном производстве : мат. Международной науч.-практ. конф. - Минск : НПЦ НАН Беларуси по механизации с/х, 2011. - Т. 2. - С. 148-153
  8. Терюшков, В. П. Определение рациональных параметров смесителя концкормов / В. П. Терюшков, В. В. Коновалов // Повышение эффективности использования ресурсов при производстве с/х продукции - новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства : сб. науч. докл. XVII Международной науч.-практ. конф. - Тамбов : Изд-во Першина Р. В., 2013. - С. 71-77.
  9. Коновалов, В. В. Оптимизация параметров смесителя по минимуму энергоемкости перемешивания / В. В. Коновалов, А. В. Чупшев, С. С. Петрова. // Известия Самарской ГСХА. - 2009. - №3. - С.72-76.
  10. Коновалов, В. В. Смеситель сухих кормов / В. В. Коновалов, В. П. Терюшков, И. А. Боровиков, С. В. Гусев // Сельский механизатор. - 2006. - №7. - С. 32.

Statistics

Views

Abstract - 32

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2014 Konovalov V.V., Fomin A.S., Teryushkov V.P., Chupshev A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies