автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы спирального смесителя при приготовлении кормов из побочных продуктов крахмалопаточного производства

На правах рукописи

'АН'

ГРИШКОВ Евгений Евгеньевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ СПИРАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ КОРМОВ ИЗ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ КРЛХМЛЛОПАТОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 0 uwl 2015

005570021

Мичуринск-Наукоград РФ 2015

005570021

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» на кафедре «Механизация жи вотноводства».

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Утолин Владимир Валентинович

Официальные оппоненты:

Курочкин Анатолий Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», кафедра пищевых производств, профессор

Ведищев Сергей Михайлович,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», кафедра агроинженерии, доцент.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства»

Защита диссертации состоится 9 июля 2015г. в 12:00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д.101, зал заседаний диссертационных советов, тел./факс (47545) 9-44-12, e-mail: dissov@mgau.ru.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ, на сайте: www.mgau.iu и Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.cd.gov.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные и скрепленные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан « У » 2015г.

Ученый секретарь

диссертационного совета &>/

кандидат технических наук, доцент Н.В.Михеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При производстве крахмала из зерна кукурузы в качестве побочных продуктов получают смесь мезги с экстрактом, дробленое зерно, а также жмых. Они обладают высокой кормовой ценностью, богаты белками, жирами и углеводами. Обычно побочные продукты используются для скармливания сельскохозяйственным животным в виде отдельных компонентов кормовых рационов, что снижает эффективность их применения. Значительный спрос у потребителей на данные виды кормов отмечается в стойловый период. В связи с чем в настоящее время из-за сезонных скачков с реализацией побочных продуктов и повышение экологических требований, крахмалопаточные предприятия для обеспечения длительного хранения производят их сушку. Поэтому наиболее рационально готовить из побочных продуктов сухую кормовую смесь. Однако отсутствует эффективный универсальный смеситель, позволяющий из компонентов с различными физико-механическими свойствами готовить концентрированную смесь, удовлетворяющую зоотехническим требованиям по однородности.

В связи с чем совершенствование технологического процесса приготовления сухих кукурузных кормов из побочных продуктов крахмалопаточного производства с разработкой универсального энергосберегающего смесителя является актуальной задачей.

Степень разработанности темы. Решением проблем смешивания кормов из побочных продуктов перерабатывающих производств занимались следующие ученые: В.В. Утолин, В.М. Ульянов, В.Н. Романенко, М.В. Орешкина, Е.И. Сизенко, A.A. Полункин, М.А. Коньков и другие. Анализ изученных работ вышеперечисленных авторов показал, что, остается малоизученным вопрос использования в полном объеме всего числа побочных продуктов крахмалопаточного производства.

При этом недостаточно исследованным является вопрос однородности смеси компонентов, используемой в качестве корма сельскохозяйственным животным и получаемой в существующих смесителях. Поэтому требуются дальнейшие исследования, изучение и разработка высокоэффективного смесителя.

Цель исследовании. Повышение эффективности технологического процесса приготовления сухих кукурузных кормов из побочных продуктов крахмалопаточного производства путем разработки спирального смесителя, улучшающего качество кормовой смеси за счет повышения её однородности и снижения энергетических затрат.

Задачи исследования:

1 - изучить физико-механические свойства смеси кукурузной мезги с экстрактом, дробленого кукурузного зерна, жмыха от их влажности;

2 - разработать конструктивно-технологическую схему спирального смесителя;

3 - обосновать теоретически и экспериментально конструктивные и режимные параметры спирального смесителя;

4 - провести проверку разработанного спирального смесителя в производственных условиях и определить экономическую эффективность результатов исследований.

Научная новизна диссертационной работы:

- численные значения физико-механических свойств смеси мезги с экстрактом, дробленого зерна и жмыха;

- конструктивно-технологическая схема спирального смесителя;

- теоретические положения по обоснованию конструктивно-режимных показателей и параметров спирального смесителя;

- результаты экспериментальных и производственных исследований спирального смесителя.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан спиральный смеситель непрерывного действия для приготовления сухих кукурузных кормов из смеси мезги с экстрактом, дробленого зерна и жмыха, которыми можно заменить концентрированные корма при кормлении сельскохозяйственных животных. Новизна подтверждена патентом на изобретение РФ № 2492776 «Комбикормовый агрегат». Определены теоретические зависимости для расчета конструктивно-технологических параметров и режимов работы спирального смесителя, которые подтверждены лабораторными и производственными испытаниями.

Результаты диссертационных исследований имеют большую практическую значимость для проектных и научных учреждений пищевых, перерабатывающих и сельскохозяйственных предприятий.

Методика исследований. При проведении теоретических исследований были использованы известные законы физики, теоретической механики и математики. Теоретические исследования проводились с целью получения расчетных формул, которые позволяли установить конструктивно-режимные параметры разработанного спирального смесителя. При проведении экспериментальных исследований применяли общеизвестные методики и разработанные на их базе — частные. Качественные показатели получаемого корма определяли по методикам, рекомендованным ГОСТом. Проведение лабораторных и производственных испытаний осуществляли с использованием известных современных приборов и установок, а также специально разработанных и изготовленных. Обработку экспериментальных данных в исследованиях осуществляли методом математической статистики с использованием ПЭВМ и современных компьютерных программ: Mathcad 14, STATISTTCA 8, Wolfram Mathematica 9.

Положения, выносимые на защиту:

- показатели физико-механических свойств смеси мезги с экстрактом, жмыха и дробленого зерна;

- конструктивно-технологическая схема спирального смесителя корма;

- теоретические зависимости по определению параметров и режимов работы спирального смесителя сухих кормов;

- результаты лабораторных исследований по обоснованию и оптимизации конструктивно-технологических параметров спирального смесителя;

- результаты проверки разработанного спирального смесителя в производственных условиях;

- результаты расчета экономической эффективности спирального смесителя.

Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности научных положений подтверждается сравнительными исследованиями разработанного спирального смесителя; достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; применением современных методик и средств обработки результатов экспериментов.

Разработанный смеситель прошел производственную проверку в ООО «АМКОР» и ООО «Рассвет» Рязанской области.

Корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства, приготовленные с использованием разработанного смесителя, реализовывались производителями животноводческой продукции Рязанской области. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях Рязанского ГАТУ, Мичуринского ГАУ, Пензенской ГСХА, Алтайского ГАУ, Белгородского ГАУ 2011 - 2015г, опубликованы в 14 научных работах, в том числе в 4 изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1 патенте РФ на изобретение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и задачи, её народнохозяйственное значение. Представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Анализ способов и средств механизации приготовления кормов из побочных продуктов пищевых перерабатывающих производств» дан обзор и анализ существующих способов, конструкций смесителей и выполненных исследований в области использования побочных продуктов перерабатывающей промышленности в качестве кормов сельскохозяйственным животным. Обоснована необходимость совершенствования технологического процесса приготовления сухих кормов сельскохозяйственным животным из смеси кукурузной мезги с экстрактом, жмыха и дробленого зерна с применением разработанного смесителя, что позволит сократить потребление энергии, а также использовать данные побочные продукты в полном объеме.

Вопросами совершенствования технологий и средств механизации приготовления кормов занимались: Брагинец C.B., Ведищев С.М., Воронцов С. И., Гейфман В.П., Денщиков М.Т., Завражнов А.И., Коновалов В.В., Курдюмов В.И., Курочкин A.A., Куспаков A.C., Марченко А.Ю., Мудров А.Г., Некрашевич В.Ф., Омельченко A.A., Останин К.А., Полункин A.A., Романенко В.Н., Сизенко Е.И., Ульянов В.М., Утолин В.В., Финкелыптейн А.Ш. и другие.

Однако, вопросы эффективного использования побочных продуктов крахмалопаточного производства в качестве кормов сельскохозяйственным животным остаются актуальными и требуют дальнейшего изучения.

Во втором разделе «Физико-механические свойства смеси кукурузной мезги с экстрактом, жмыха и дробленого зерна» изложены программа и методика исследований, приведены методы определения динамического и статического коэффициентов трения компонентов корма, их объемной массы и угла естественного откоса. Представлено описание используемых для проведения исследований приборов, установок и контрольно-измерительной аппаратуры.

В результате проведенных исследований установлено, что объемная масса

смеси кукурузной мезги с экстрактом возрастает с 347 кг/м3 до 390 кг/м3 при увеличении влажности от 5% до 40%. При увеличении влажности кукурузного жмыха и дробленого зерна от 5 до 25 % наблюдается снижение объемной массы соответственно с 536 до 415 кг/м3 и с 578 до 567 кг/м3, причем её минимальное значение наблюдается при влажности 20% и составляет 562 кг/м3.

С увеличением влажности смеси кукурузной мезги с экстрактом от 5 до 40% её статический коэффициент трения по ст 2 увеличивается с 0,39 до 0,67, по стали 08X13 - 0,21 до 0,78. При увеличении влажности дробленого зерна и кукурузного жмыха от 5 до 25 % наблюдается увеличение статического коэффициента трения соответственно: по ст 2 с 0,47 до 0,65 и с 0,55 до 0,73, а по стали 08X13 - с 0,45 до 0,59 и с 0,42 до 0,71.

С увеличением влажности смеси кукурузной мезги с экстрактом от 5 до 40 % её динамический коэффициент трения по ст 2 увеличивается с 0,33 до 0,62, по стали 08X13 увеличивается с 0,27 до 0,69. При увеличении влажности дробленого зерна и кукурузного жмыха от 5 до 25 % наблюдается увеличение динамического коэффициента трения соответственно: по ст 2 с 0,37 до 0,46 и с 0,36 до 0,48, а по стали 08X13 с 0,36 по 0,44 и с 0,32 по 0,45.

С увеличением влажности смеси кукурузной мезги с экстрактом от 5 до 40 % угол естественного откоса увеличивается с 28° до 42°. С увеличением влажности дробленого зерна и кукурузного жмыха от 5 до 25 % угол естественного откоса увеличивается соответственно: с 36° до 43° и с 38° до 41,2°. Максимальное значение его для дробленого зерна достигает 45° при влажности 20%, а для жмыха составляет 43,8° при влажности 15% .

Численные значения физико-механических свойств исследуемых компонентов были использованы при обосновании конструктивно-режимных параметров технологического оборудования для приготовления сухих кукурузных кормов.

В третьем разделе «Усовершенствованный процесс приготовления сухих кукурузных кормов из побочных продуктов крахмалопаточного производства с применением разработанного смесителя» дано описание усовершенствованного технологического процесса приготовления сухого корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства с применением разработанного спирального смесителя

Приготовление сухих кормов из побочных продуктов крахмалопаточного производства подразумевает последовательное выполнение следующих операций: загрузка бункеров-дозаторов, дозирование компонентов в разработанный спиральный смеситель, их смешивание и выгрузка в накопительный бункер.

Бункеры-дозаторы 1 производят одновременную подачу смеси мезги с экстрактом, дробленого кукурузного зерна, жмыха в загрузную горловину спирального смесителя 2, где в результате интенсивного перемешивания готовится кормовая смесь, которая направляется в накопительный бункер 3.

1

дробленое кукурузное

зерно №=9-, 12%

Мезга » экстракт Ы=6...Ю%

Кукурузный жмых Ш.7%

Сухой корм №8-12%

Рисунок 1 - схема технологической линия приготовления сухого кукурузного

корма

Конструктивно-технологическая схема спирального смесителя (Патент РФ № 2492776) представлена на рисунке 2.

1 - корпус, 2 - рама, 3 - выгрузное отверстие, 4 - загрузочная горловина, 5 -бункер-накопитель, 6 - заслонка, 7 - спираль, 8 - эксцентрик, 9 - ведомая цапфа, 10 - ведущая цапфа, 11 - натяжное устройство.

Рисунок 2 - Схема спирального смесителя Смеситель работает следующим образом. Подача кормовых компонентов в корпус смесителя 1 осуществляют через загрузочную горловину 4 из бункера-накопителя 5. Спираль 7 смесителя вращается от ведущей цапфы 10 вокруг своей оси, при этом её конец, закреплённый на эксцентрике 8, совершает цикличные

круговые движения, за счет которых интенсивно перемешиваются компоненты корма при их одновременном перемещении спиралью к выгрузному окну 3. При этом происходит смещение слоев корма, что улучшает качество смешивания. Изменение производительности спирального смесителя осуществляется за счет перемещения в горизонтальной плоскости ведомой цапфы 9 с помощью механизма изменения подачи 11. От чего изменяется шаг витков спирали и соответственно производительность смесителя.

Известно выражение для определения производительности <3, (кг/ч) спиральных транспортеров:

6 = 60 8сеч-уср-уср, (1)

где - площадь выходного отверстия без учета площади поперечного сечения спирали, м2; уср-средняя скорость частицы, м/мин; у -объемная масса перемешиваемого материала, юг/м ; у - коэффициент заполнения. Определим среднюю скорость движения сухого корма, для чего рассмотрим движение частицы по спиральной поверхности смесителя (рис. 3).

Параметрическое уравнение винтовой поверхности имеет вид: * = ;с(и,г) = (й[ + с-со8и)-8тг ]

у = у(и,у) = (а + с-сози)-со8^ (2)

г = 2{и, V) = с ■ эт и + Ь ■ V

(0<и< 2я; -со<у<оо)

ч

Рисунок 3 - Винтовая поверхность Рисунок 4 - Подвижная и неподвижная спирали системы координат

а>0и6>0 - произвольные, но фиксированные числа,

Векторные уравнения относительного движения частицы по спирали с учетом рисунка 4 будут:

mx = N—bN-Vj -mg-cos(p + +2-т-со ■{y-cosa-z-s\ría) + mo1 •x,

»¡V = -u-N— + N-v,, + me ■ cosa • sin<z> -

vr ' r (4)

(5)

—2-т-а>-х-соъа + т-а>2- cos a ■ (y ■ cos a - z • sin a) mz = -[i-N- — + N-vz -/wg-sinasin<p+

+2 • m ■ a ■ x ■ sin a + m ■ a2 • sin a ■ (z • sin a—y • cosa) Начальные условия для определения положения частицы, перемещаемой спиралью:

II' w

v|<=0=v0.v|,=0=vl

Для решения статически неопределимой системы добавляем уравнение поверхности спирали (2), что обеспечит переход от трех зависимых переменных х, у, z к двум независимым и и v. Полагая, что u = u(t) и v = v(í), пересчитаем производные от х, у, z и после деления на m запишем: Уравнение (3)

—c-M-sinH-sinv+(a+c-cosH)-v-cosv— -с-(г/)2 -cosM-sinv-(a+c-cosM)-(v)2 •sinv-2-c-¿-v-sin«-cosv =

= — +— j^c-sina-M-sinv—(a + c-cosM)vcosv^]j-

-g-cos<p-t-cu2 -(a+c-cosM)-sinv— —2-«-j^-w■sinм•cosv + (<J + c-cosм)-v■sinvJ•cosa +

+(c-cosи•й+¿•v)•sinaJ. (7)

Уравнение (4)

—с ■ it ■ sin и ■ cos v — (a + с ■ cos и) ■ v ■ sin v — —c-(zi)2 -cosm-cosv—(<j+c-cosm)(v)2 cosv + 2-c-ii-v-sim/-sinv =

= — |i9v +—^ciisinu-cosv—(<2+c-cos«)-v-sinvjj +

+g- cos a -sin <p -co2 •cosa-j^(a + c-cosM)-cosv-cosa—(c-sinM + 6- v)-sinaj+ +2-co • cos a[^c - ы • sin м-sin v — (a + c-cosw)-v-cosvj. (8)

Уравнение (5)

—c-siní/-^)2 +c-cosu-ü+b-v =

Зг-— (c-cosu-ó+6-v)

-g-sina-sin$?+

+<y2 ■sinQr-|^(c-sinM+¿-v)-sina-(a+c-cosM)-cosv-cosa^| +

+2-ü)-sma-[—c-z/-sinM-sinv+(a+ccosM)- v-cosvj. (9)

Уравнения (7-9) не решаются аналитически. Поэтому решение было выполнено с помощью программы «Mathcad 14» численным методом. Была получена формула для определения средней скорости, vcp (м/мин) перемещения частицы в виде

\ср =-5,50 + 0,0054/7 + 0,0833^ + 0,0638£ + 0,0008«-Í +

+0, ОООби • А: - 0,0028s2 + 0,0032s • £ - 0,002 \к2 где п — частота вращения спирали, об/мин; s — шаг спирали, мм; к - эксцентриситет, мм.

Зная среднюю скорость vcp, определяется производительность смесителя Q, (кг/с), по формуле согласно (1). Площадь Sce4, (м2) выгрузного окна без учета площади поперечного сечения спирали определяется по формуле

9 =—[п2 -(d2 -d2 ЛП

сеч ^ отв \ енеш внутр J J' \ /

где Dome - диаметр выгрузного окна, м; dmeut , dmymp — внешний и внутренний диаметры спирали, м;

Окончательно получаем формулу производительности Q, кг/с:

Q = f [DL, -(dlfui-diymp)] • Vg ■ (-5,50+0,0054«+0,0833s + ^

+0,0638>t + 0,0008«-s + 0,0006« • к - 0,0028s2 + 0,0032s • к - 0,002\k2)

В четвёртом разделе «Исследование процесса смешивания смеси кукурузной мезги с экстрактом, дробленого кукурузного зерна и жмыха в лабораторных условиях» изложены программа и методики исследований, приведено описание модели спирального смесителя, лабораторной установки, оборудования и приборов, представлены результаты исследований. Обработка полученных данных проводилась согласно приведенной методике с использованием программ STATISTICA 8, Wolfram Mathematica 9 с помощью ЭВМ.

В результате лабораторных исследований процесса смешивания смеси мезги с экстрактом, дробленого зерна и жмыха был получен ряд графических зависимостей. Из них видно, что при увеличении частоты вращения рабочего органа со 100 до 350 мин"' (рис. 7), затраченная мощность возрастает с 81 до 645 Вт, при этом производительность возрастает с 397 до 2970 кг/ч.

С увеличением шага спирали от 35 до 95 мм (рис 8), затраченная мощность возрастает от 150 до 270 Вт, причем ее максимальное значение 270 Вт достигается при шаге спирали в пределах 80...95мм. Производительность спирального смесителя возрастает с 853 до 1234 кг/ч при изменении шага спирали от 35 до 95 мм, достигая максимального значения 1586 кг/ч при шаге 80 мм.

Из представленных графических зависимостей (рис. 9) видно, что при увеличении эксцентриситета с 55 до 105 мм происходит возрастание потребляемой мощности от 220 до 750Вт и производительность изменяется с 1004 до 890кг/ч. Причем при шаге от 55 до 68 мм она возрастает с 1004 до 1024кг/ч, а при значениях от 68 до 105 мм снижается с 1024 до 890 юг/ч.

-потребляемая мощность--производительность

Рисунок 7 - Графическая зависимость изменения производительности и потребляемой мощности спирального смесителя от частоты вращения рабочего органа.

потребляемая мощность--производительность

Рисунок 8 - Графические зависимости изменения производительности и потребляемой мощности спирального смесителя от шага спирали.

65 75 85 95 ,

■ потребляемая мощность - — производительность"-'™

Рисунок 9 — Графические зависимости изменения производительности и потребляемой мощности от эксцентриситета спирали.

Для выявления конструктивно-технологических параметров и режимов работы модели спирального смесителя при смешивании смеси кукурузной мезги с экстрактом, дробленого кукурузного зерна и жмыха был проведён трёхфакторный эксперимент.

Конструктивно-технологические параметры, при которых реализуется, работоспособность спирального смесителя зависят, в первую очередь от частоты вращения рабочего органа, шага спирали и эксцентриситета. В результате постановочных экспериментов были определены факторы и границы варьирования: изменение частоты вращения рабочего органа от 100 до 300 мин"1, шаг спирали — от 55 до 95 мм, эксцентриситет - от 55 до 85мм.

В результате обработки результатов многофакторного эксперимента на ЭВМ, получены следующие адекватные модели регрессии. Для определения однородности смеси, в (%)

в = 83.96247+ 0.01385х - 4.16667 х 10~7х2 - 0.1128 \у - 0.0001 Эху --0.00014у2 + 0.29898г + 0.0001хг + 0.0025уг - 0.00279г2

где х, у, г значение факторов, в матрице плана они были обозначены хь х2, х3 соответственно

Для определения потребляемой удельной энергии, Ыуд, (Вт-ч/кг)

N ,л= 2.21076- 0.00171х + 0.000004х2 - 0.05603у + 6.25 х 10~7ху +

^ ' (14)

+0.00037>>2 +0.004592-8.33333х10~7лг + 6.12818х10~19уг —0.0000122

Математические модели (13, 14) позволяют расчетным путем определить численные значения однородности смеси и затрачиваемой удельной энергии в пределах варьирования уровней факторов эксперимента.

Модели регрессии второго порядка были проанализированы и исследованы для выявления оптимальных параметров удельного расхода энергии и степени однородности смеси.

Н <97 □ <96 О <95 ВЯ <94

Щ >0,45 ЕЩ <0,45 ЕЗ < 0,4 I I <0,35 □ <0,3 I I < 0,25

ЕЭ <0,2

Рисунок 10 - Поверхности отклика, характеризующая степень однородности смеси (А) и удельный расход энергии (Б) от частоты вращения п и шага спирали в при эксцентриситете к =70 мм С этой целью с помощью компьютерной программы (^а^Б^са» построены графические зависимости частных сечений удельного расхода энергии и степени

однородности смеси при фиксированных значениях частоты вращения рабочего органа смесителя, шага спирали и эксцентриситета рабочего органа (рис. 10). Исходя из результатов проведенных лабораторных исследований процесса смешивания компонентов корма, следует, что полученная степень однородности смеси соответствует зоотехническим требования, предъявляемым к подобным кормам. Поэтому в дальнейшем оптимизацию факторов, частоту вращения рабочего органа, шаг спирали и эксцентриситет, проводили относительно удельного расхода энергии, затрачиваемой на процесс смешивания при условиях его минимума.

По результатам шаговой обработки опытных данных и анализа представленных графических зависимостей были выявлены следующие числовые значения оптимальных факторов:

- при частоте вращения рабочего органа 180 мин"1, шаг спирали 85мм, эксцентриситет 65мм;

- при частоте вращения рабочего органа 220 мин"', шаг спирали 70мм, эксцентриситет 75мм;

- при частоте вращения рабочего органа 260 мин"', шаг спирали 75мм, эксцентриситет 70мм;

Из анализа полученных численных оптимальных значений факторов установлено, что минимальный удельный расход энергии составляет 0,15 Втхч/кг

В пятом разделе «Испытание спирального смесителя в производственных условиях» изложена программа, методика и расчёт экономической эффективности разработанного спирального смесителя в составе технологической линии приготовления гранулированного корма.

На основании результатов теоретических и лабораторных исследований процесса смешивания смеси мезги с экстрактом, дробленого кукурузного зерна и жмыха, была разработана техническая документация и изготовлен опытный образец спирального смесителя.

Разработанный спиральный смеситель в составе технологической линии приготовления рассыпного и гранулированного корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства испытан и внедрен в производство ООО «Рассвет» Клепиковского района и ООО «АМКОР» Шиловского района, Рязанской области (рис. 11, 12).

составе линии приготовления рассыпного кукурузного корма. Линия приготовления рассыпного кукурузного корма при испытании состояла из спирального смесителя 1, бункера-накопителя компонентов 2, пневматической дробилки ДКР-1 3, измерительного комплекта К-50 4.

11. ¥ { \ «4 ^

- Щщ!®^. з^рштщя Шшшвш&Щ.ж*'*-

■н Ж

Ив чрщ Эк-, ,#г ШЩ ЦТ '

I

ЮЩ? ' -' 1 Шх г Щг п 'Шш 21 1 1. 1 щЬг Ива # шк Ш II ...........■,„.,>^4: л 1

О ¡ШЁ -

.Л- ■ А ■" :':/ £ * тЯШшшЯ щшш У г' шВ ю |!Г 1 ШВ 12

1- смеситель, 2-самотечные каналы, 3-бункер-накопитель компонентов, 4-загрузной шнековый питатель, 5-бункер временного хранения смеси, 6-дозатор, 7-увлажнитель, 8-пресс-гранулятор. 9-ленточный транспортер, 10-колонна охлаждения, 11-циклон, 12-вентилятор колонны охлаждения Рисунок 12 - Линия гранулирования сухих кукурузных кормов (общий вид)

За время производственных;, испытаний спирального смесителя в ООО «Рассвет» было приготовлено 4т рассыпного корма из смеси мезги с экстрактом, дробленого кукурузного зерна и жмыха. В ООО «АМКОР» был приготовлен гранулированный корм из сухой смеси мезги с экстрактом и жмыха в объёме 68 тонн, который реализовывался сельскохозяйственным товаропроизводителям Рязанской и Московской областей.

В результате производственных испытаний разработанный смеситель, используемый в комплекте оборудования для приготовления рассыпного и гранулированного корма подтвердил свою работоспособность, при этом, производительность разработанного смесителя составила 1300-1400 кг/ч, удельный расход энергии - 0,22 кВт*ч/т при средней степени однородности сухой кормовой смеси 95%.

Производственные испытания показали, что применение разработанного смесителя позволяет приготавливать корма, отвечающие зоотехническим требованиям. Годовой экономический эффект от использования побочных продуктов крахмалопаточного производства и спирального смесителя, при приготовлении 438 тонн кукурузных кормов из смеси мезги с экстрактом и жмыха, составил 2190000 руб. и 105400 соответственно. Срок окупаемости разработанного спирального смесителя составит 7 месяцев.

Заключение

1. Анализ применения побочных продуктов крахмалопаточного производства на корм сельскохозяйственным животным показал, что они в основном используются в виде отдельных компонентов, что снижает эффективность их применения, поэтому наиболее целесообразно их скармливать в виде сухой смеси как концентрированный корм.

2. Установлено, что при увеличении влажности смеси кукурузной мезги с экстрактом от 5% до 40%, её объемная масса возрастает с 347 до 395 кг/м3. При увеличении влажности дробленого зерна от 5 до 25 % наблюдается снижение объемной массы с 578 до 567 кг/м3, причем минимальное её значение наблюдается при влажности 20% и составляет 562 кг/м3. При увеличении влажности кукурузного жмыха от 5 до 25 % наблюдается снижение объемной массы с 536 до 415 кг/м3. С увеличением влажности смеси кукурузной мезги с экстрактом от 5 до 40% статический коэффициент трения смеси по ст 2 увеличивается с 0,39 до 0,67, по стали 08X13 с 0,21 до 0,78, а динамический коэффициент трения - с 0,33 до 0,62 и с 0,27 до 0,69 соответственно. При увеличении влажности дробленого зерна от 5 до 25 % наблюдается увеличение статического коэффициента трения: по ст 2 с 0,47 до 0,65, по стали 08X13 с 0,45 до 0,59, а динамического коэффициента трения - с 0,37 до 0,46 и с 0,36 по 0,44 соответственно. При повышении влажности кукурузного жмыха от 5 до 25 % наблюдается увеличение статического коэффициента трения: по ст 2 с 0,54 до 0,73, по стали 08X13 с 0,42 до 0,71, а динамического коэффициента трения - с 0,36 до 0,48 и с 0,32 по 0,45 соответственно. С увеличением влажности смеси кукурузной мезги с экстрактом от 5 до 40 % угол естественного откоса возрастает с 28° до 42°. С увеличением влажности дробленого зерна от 5 до 25 % угол естественного откоса увеличивается с 36,6° до 43°, максимальное значение

достигает при влажности 20% и составляет 45°. При увеличении влажности кукурузного жмыха от 5 до 25 % угол естественного откоса увеличивается с 38° до 41,2°, максимальное значение достигает при влажности 15% и составляет 43,8°.

3. Усовершенствованный технологический процесс приготовления сухих кормов из побочных продуктов переработки зерна кукурузы на крахмал - смеси мезги с экстрактом, дробленого зерна и жмыха, заключается в смешивании их в разработанном спиральном смесителе, конструктивно-технологическая схема которого должна содержать корпус с установленной в нем с возможностью вращения спиралью с закрепленными концами, одним на эксцентрике ведущей цапфы, совершающим дополнительные цикличные круговые движения, а другим — на ведомой цапфе механизма изменения подачи с возможностью горизонтального перемещения.

4. Получена аналитическая зависимость средней скорости перемещения массы в спиральном смесителе от частоты вращения рабочего органа, шага спирали и эксцентриситета в пределах их изменения от 1,7 до 5,8 с"1, от 35 до 95мм, от 55 до 105 мм соответственно. Выявлено, что наиболее значимыми факторами являются, частота вращения спирали и ее шаг.

Установлено, что при изменении частоты вращения спирали смесителя от 1,7 до 5,8 с'1, шага с 35 до 95 мм и эксцентриситета от 55 до 105 мм, производительность смесителя повышается с 397 до 2970 кг/ч, с 853 кг/ч до 1234 кг/ч, с 1004 до 1024 кг/ч соответственно, а затраченная мощность возрастает с 81 до 645 Вт, с 150 до 270 Вт и с 220 до 750 Вт соответственно.

5. В результате проведения многофакторного эксперимента установлены рациональные параметры разработанного спирального смесителя: частота вращения рабочего органа от 3 до 4,3 с"1 шаг спирали - 70...85мм, эксцентриситет — 65...75мм, позволяющие обеспечить степень однородности кормовой смеси 96... 98 % при удельном расходе электроэнергии 0,15...0,2 Втч/кг.

6. Производственные испытания показали, что внедрение усовершенствованного процесса приготовления сухого кукурузного корма с применением разработанного спирального смесителя позволяет эффективно использовать побочные продукты крахмалопаточного производства сельскохозяйственным животным. Годовой экономический эффект от использования побочных продуктов крахмалопаточного производства и спирального смесителя, при приготовлении 438 тонн кукурузных кормов составил 2190000 руб. и 105400 соответственно, а срок окупаемости смесителя 7 месяцев.

Перспективы дальнейшей разработки темы:

В дальнейшей перспективе научных исследований необходимо продолжить работу в направлении разработки и создания технологий и технических средств для производства концентрированных кормов на основе побочных продуктов крахмалопаточного производства.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в изданиях рекомендованных ВАК РФ

1. Гришков, Е.Е. Шнеково-лопастной смеситель для приготовления кормов [Текст] / В.М Ульянов, В.В Утолин, A.A. Полункин, Е.Е. Гришков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - М., 2013, № 6 - С 1112.

2. Гришков, Е.Е. Технология приготовления сырого корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства [Текст] / В.М Ульянов, В.В Утолин, Н.В. Счастливова, Е.Е. Гришков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - М., 2012, № 2. - С. 13 - 14.

3. Гришков, Е.Е. Исследование физико-механических свойств кукурузной мезги [Текст] / В.М Ульянов, В.В Утолин, Е.Е. Гришков, С.И. Киселёв // Техника в сельском хозяйстве.-М., 2013, №4.-С. 31 - 32.

4. Гришков, Е.Е. Теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров спирального смесителя [Текст] / В.В. Утолин, Е.Е. Гришков, A.M. Лавров // Вестник РГАТУ. - Рязань, 2015, № 1. - С. 70 - 76.

Патенты на изобретения

Патент Российской Федерации № 2492776, МПК A23N 17/00. Комбикормовый

агрегат [Текст] / Ульянов В.М., Утолин В.В., Гришков Е.Е.; заявитель и

патентообладатель Утолин В.В. - № 2012114947/13; заявл. 16.04.2012; опубл

20.09.2013, Бюл. № 26, - 7 е.: ил.

В других изданиях:

1. Гришков Е.Е. Физико-механические свойства сырого корма приготовленного из побочных продуктов крахмалопаточного производства./ Утолин В.В., Полункин A.A., Гришков Е.Е. // Инновационные направления и методы реализации научных исследований в АПК: Сб. науч. тр. преп. и асп. // Ряз. гос. агротех. ун-т. - Рязань, 2012. - С. 103 - 106.

2. Гришков Е.Е. Агрегат для приготовления кормов из побочных продуктов крахмалопаточного производства / Утолин В.В., Полункин A.A., Гришков Е.Е. Топильский А.Н.// // Инновационные направления и методы реализации научных исследований в АПК: Сб. науч. тр студ.// Ряз. гос. агротех. ун-т. -Рязань, 2012.-С. 115-118.

3. Гришков Е.Е. Смеситель. [Текст] / В.В. Утолин, Е.Е. Гришков, А.Е. Гришков, А.Н. Топильский // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сборник статей: в 3 кн. / IX Международная научно-практическая конференция. Барнаул- РИО АГАУ, 2014. Кн. 3. - С. 55-56.

4. Гришков Е.Е. Смеситель для приготовления сухих кормов из побочных продуктов крахмалопаточного производства. [Текст] / В.В. Утолин, Е.Е. Гришков, С.И. Сергеев, А.Н. Топильский // Образование, наука, практика: инновационный аспект: сборник материалов международной научно-практической конференции: в 2 томах / Пенза: РИО ПГСХА, 2015. Том 2 - С 119-121.

5. Гришков Е.Е. Обоснование конструктивно-технологических параметров смесителя кормов. [Текст] / В.М. Ульянов, В.В. Утолин, A.A. Полункин, Е.Е.

Гришков, // Актуальные проблемы агроинженерии и их инновационные решения: сборник научных трудов / Международная научно-практическая конференция. Рязань: издательство ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2013. - С. 63-68.

6. Гришков Е.Е. Лабораторный макет дозирующего устройства смесителя кормов. [Текст] / В.В. Утолин, Е.Е. Гришков, С.И. Киселев // Актуальные проблемы агроинженерии и их инновационные решения: сборник научных трудов / Международная научно-практическая конференция. Рязань: издательство ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2013. - С. 109-111.

7. Гришков, Е.Е. Технология и смеситель для приготовления сухого кукурузного корма [Текст] / В.В. Утолин, Е.Е. Гришков, С.И. Сергеев // Мат. онлайн-конференции, посвященной Дню российской науки. «Исследования молодых ученых — аграрному производству» — Белгород: Типография Белгородского ГАУ, 2015.-С. 124-126.

8. Гришков Е.Е. Энергосберегающая технология сгущения кукурузного экстракта. [Текст] / В.В. Утолин, Е.Е. Гришков, А.Е. Гришков, А.Н. Топильский // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сборник статей: в 3 кн. / IX Международная научно-практическая конференция. Барнаул: РИО АГАУ, 2014. Кн. 3,-С. 56-58.

9. Гришков Е.Е. Классификация дозаторов кормов / Утолин В.В., Гришков Е.Е. // Инновационные направления и методы реализации научных исследований в АПК: Сб. науч. тр. преп. и асп. // Ряз. гос. агротехнол. ун-т. - Рязань, 2012. -С. 100-102.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз. Заказ № 1257 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1. Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1.