автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования комбикормового агрегата путем совершенствования технологического процесса и рабочих органов дозатора



На правах рукописи

ФУФАЧЕВ ВАДИМ СЕРГЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМБИКОРМОВОГО АГРЕГАТА ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧИХ ОРГАНОВ

ДОЗАТОРА

Специальность: 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0 2АП? > .)

Киров - 2009

003466261

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия» на кафедре ремонта машин

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Баранов Николай Федотович

доктор технических наук, профессор Горбунов Борис Иванович

кандидат технических наук Сапожников Владимир Дмитриевич

Ведущая организация

ФГОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет»

Защита состоится 28 апреля 2009 года в 13 часов 30 минут на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 006.048.01 в Государственном учреждении Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого по адресу: 610007, г. Киров, ул. Ленина, 166 а, ауд. 426.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного учреждения Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого.

Автореферат размещен на сайтах: www.niish-sv.ptlan.com:

www.niish-sv.narod.ru.

Автореферат разослан 2-Смарта 2009 года.

у ченыи секретарь диссертационного совета

Ф.Ф. Мухамадьяров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эффективность использования кормовых ресурсов, особенно концентрированных и комбинированных кормов, во многом определяется научно обоснованным подходом к кормлению животных.

В структуре себестоимости производства мяса, молока и других продуктов животноводства корма составляют более 60%, из них значительная часть приходится на фуражное зерно, использовать которое необходимо только в переработанном виде в составе сбалансированных по питательной ценности комбикормов.

На сегодняшний день комбикормовая промышленность развивается по двум направлениям. Первое - наращивание мощностей крупных комбикормовых предприятий. Второе - разработка малогабаритных агрегатов и установок для приготовления комбикормов в условиях хозяйства из местного сырья.

Опыт многих хозяйств показал целесообразность местного производства комбикормов с использованием промышленных добавок. При этом существенно снижаются транспортные затраты, максимально используется собственная кормовая база, появляется возможность оперативного изменения рецептуры комбикорма и его суточной потребности при соблюдении их качества. Однако имеющееся в хозяйствах оборудование и машины не всегда обеспечивают требуемую рецептуру и качество комбикормов, особенно это связано с дозированием компонентов и их смешиванием.

Создание малогабаритных комбикормовых агрегатов с минимальным набором машин и рабочих органов, обеспечивающих высокий уровень качества продукции при минимальных энерго и трудовых затратах, является актуальной задачей.

Цель работы - снижение энергоемкости приготовления и дозирования комбикормов.

Объекты исследования - дозатор сыпучих кормов в составе комбикормового агрегата и технологические процессы дозирования и смешивания в процессе измельчения компонентов комбикормов.

Научная новизна работы:

-теоретические предпосылки для определения пропускной способности и обоснования параметров дозатора сыпучих кормов, модель первичной деформации сыпучего материала при истечении из бункера с боковым выпуском;

-метод оценки качества смешивания компонентов комбикормов при их измельчении;

-конструктивно-технологическая схема дозатора сыпучих кормов (патент РФ № 2281803 на изобретение);

-модели регрессии для расчета оптимальных параметров дозатора сыпучих кормов.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Разработана конструктивно-технологическая схема дозатора сыпучих кормов, позволяющего одновременно накапливать, дозировать и смешивать компоненты комбикормов перед измельчением. Результаты исследований используются предприятием ЗАО «Арзамасская Сельхозтехника - Регион» Нижегородской области при модернизации и освоении производства комбикормового агрегата на основе дозатора.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов инженерного факультета Вятской государственной сельскохозяйственной академии (Киров, 2004...2009 г.); научно-практической конференции в НИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого (Киров, 2006 г.); 11 Международной научно-практической конференции (Мосоловские чтения) (Йошкар-Ола, 2009 г.)

Работа выполнена на кафедре ремонта машин ФГОУ ВПО Вятская ГСХА в соответствии с планом научно - исследовательских работ по теме: «Совершенствование технологических процессов и повышение надёжности машин в животноводстве» (номер государственной регистрации 01.12.2006 -09913).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК РФ и одном патенте на изобретение.

Защищаемые положения:

- конструктивно - технологическая схема дозатора сыпучих кормов;

- теоретические предпосылки к обоснованию параметров дозатора сыпучих кормов, математическая модель первичной деформации материала при истечении из бункера с боковым выпуском, метод оценки качества смешивания компонентов комбикормов при их одновременном измельчении в дробилке;

- модели регрессии рабочего процесса дозатора сыпучих кормов, позволяющие определить его оптимальные конструктивно - технологические параметры;

-результаты исследований совместного измельчения компонентов комбикормов при одновременном их смешивании;

-технико-экономическая эффективность использования комбикормового агрегата с дозатором.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 188 страниц, 72 рисунка, 12 таблиц и 11 приложений. Список литературы включает 127 наименований, в том числе 2 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований по теме диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследований, обозначены научная новизна, практическая значимость

результатов работы и их достоверность, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе - «Состояние вопроса и задачи научных исследований» выполнен анализ существующих конструкций малогабаритных комбикормовых агрегатов и проведен обзор дозаторов сыпучих материалов. Разработкой, исследованиями и совершенствованием процессов дозирования и смешивания в процессе приготовления кормов занимались многие ученые. К.В. Алферов, P.JL Зенков, Л.В. Гячев, Р. Квапил изучали истечение сыпучих материалов, а также процесс их дозирования. Вопросами смесеобразования посвятили свои работы В.В. Кафаров, Г.М. Кукта, Ф. Стренк. Исследованиями по измельчению зерна занимались: В.Р. Алешкин, C.B. Мельников, П.А. Савиных, В.И. Сыроватка и многие другие. Из проведенного обзора научных исследований и конструктивно-технологических схем малогабаритных комбикормовых агрегатов можно сделать вывод, что наиболее рациональной технологической схемой является вариант позволяющий совмещать операции дозирование+ предварительное смешивание и измельчение + досмешивание.

В связи с этим поставлены следующие задачи научных исследований: -выполнить теоретический анализ процесса дозирования сыпучих материалов, получить аналитические выражения для расчета пропускной способности дозатора, кинематических и технологических его параметров;

-обосновать метод оценки качества смешивания компонентов в процессе их измельчения;

-разработать конструктивно-технологическую схему и экспериментальную установку дозатора сыпучих кормов;

-оптимизировать конструктивно-кинематические и технологические параметры устройства для дозированной выдачи компонентов, разработать математическую модель рабочего процесса;

-испытать исследуемую установку в производственных условиях в составе комбикормового агрегата с целью проверки ее работоспособности и качества выполнения рабочего процесса;

-оценить экономическую и энергетическую эффективность разработанной установки.

Во втором разделе - «Теоретические исследования» обоснована технологическая схема комбикормового агрегата, позволяющая осуществлять процесс смешивания в два этапа (рис. 1). Одним из основных конструктивных элементов агрегата является объемный многосекционный дозатор сыпучих кормов с боковой выгрузкой (патент РФ № 2281803). При совместном дозировании всех компонентов происходит их предварительное смешивание в пересекающихся потоках на выходе из дозатора, далее смесь направляется на измельчение в дробилку, где осуществляется окончательное досмешивание компонентов при измельчении.

Накопление исходных продуктов

А В ...

Дозирование + Смешивание

| Измелычение + Досмешивание |

I

1 Накопление готового продукта 1 Рис. 1. Схема рабочего процесса комбикормового агрегата со смешиванием в процессе

измельчения

Для изучения характера и процесса истечения материала сечение бункера в вертикальной плоскости разбито на треугольные конечные элементы (рис. 2).

Матрица жесткости [Ке] для плоского треугольного конечного элемента должна удовлетворять условию

И=[ке]М> о)

К'

где

-обобщенные узловые усилия; 1^}=

-обобщенные координаты.

Узловые усилия и узловые обобщенные перемещения в направлениях осей х, у представлены на рисунке 3. Идеализация, приводящая исходную механическую систему к совокупности конечных элементов, связанных между собой лишь в узловых точках, требует, чтобы напряженное состояние в каждом из элементов однозначно определялось через значения узловых перемещений.

«_<1 <2 «3 « 45

1 2 1 х

Рис. 2. Схема разбиения бункера на треугольные конечные элементы

X, и

Рис. 3. Треугольный конечный элемент для определения узловых усилий и узловых перемещений

Компоненты деформации конечного элемента в матричной форме запишутся

(2)

н=

2 Р

' Уг з 0 Уз, 0 У 21 0

0 0 0 «21

-х2] Уг з -*3| Уг\ *21 -у*.

где

{С}={ех£уГхуУ

В матричной форме закон Гука для упругого материала может быть записан в виде

№

Е ЕЦ 0

Е 0

1-И' 1-И'

0 0 с

(3)

(4)

где

(5)

Е - модуль упругости материала первого рода;

в - модуль упругости сдвига (второго рода);

ц - коэффициент Пуассона.

Связь между напряжениями и узловыми перемещениями запишется как где

Объединяя матрицы жесткости всех элементов, получим глобальную матрицу жесткости. Аналогично формируется вектор столбец глобальных внешних сил. Получаем уравнение равновесия механической системы

(б)

в котором необходимо учесть условия закрепления системы - граничные условия.

Применение метода конечных элементов при моделировании первичной деформации материала при истечении из бункера позволяет установить, что наибольшее значение относительной деформации материала происходит в ограниченном объеме бункера в пристенной области над выпускным отверстием.

Для предотвращения зависания компонентов в отдельных зонах бункера дозатора, особенно при малой пропускной способности, в конструкции дозатора предусмотрен активатор (рис. 4).

Пропускная способность секции дозатора Q будет зависеть от самопроизвольного истечения материала из отверстия и массы, О, материала, подаваемой лопатками вала.

Пропускная способность при самопроизвольном истечении материала определяется по формуле:

Ос=Ьи-Бот-у1, (7)

где к\ - эмпирический коэффициент, характеризующий снижение пропускной способности самоистечения материала за счет загромождения выпускного отверстия лопаткой активатора; и - скорость истечения при боковой разгрузке; 5от - площадь выпускного отверстия;

Пропускная способность вала активатора определяется по формуле:

(8)

где к2 - эмпирический коэффициент;

п - частота вращения вала с лопатками; ¥\яч - объем одной ячейки; г - количество лопаток;

Тогда, пропускная способность секции дозатора равна:

Я = (9)

Суммарная пропускная способность дозатора зависит от количества его секций.

Молотковые рабочие органы дробилок комбикормовых агрегатов способны не только измельчать, но и смешивать частицы различных компонентов в процессе циркуляции материала в дробильной камере.

В основе построения математической модели оценки качества процесса смешивания зерновых продуктов при одновременном их измельчении использовались дифференциальные уравнения, предложенные академиком Кафаровым В.В.:

где к - константа изменения скорости процесса смешивания с одновременным измельчением;

сА...сц - относительные концентрации компонентов А...И\

тА...тК - математические ожидания концентраций компонентов Л...Ы,

соответствующие рецептурному значению концентрации компонента в

смеси;

0,!...Д\ - дисперсии, характеризующие незавершенность процесса смешивания;

у - коэффициент, характеризующий скорость измельчения смешиваемых компонентов;

г - текущее значение времени с момента начала процесса. Уравнения (10) описывают изменение концентраций компонентов А и N в процессе смешивания при сопутствующем измельчении. Систему уравнений (10) можно представить в виде:

(11)

а!

где т - математические ожидания контрольного компонента в смеси.

Оценку качества смешивания рациональней осуществить по выборочной дисперсии. При этом полагаем, что в каждом элементарном объёме внутри рабочей камеры дробилки процесс перераспределения компонентов осуществляется с одинаковой интенсивностью. Определив сумму системы уравнений (11) и разделив на п, получим

(12)

п и " п м

Дисперсию Д, характеризующую незавершенность процесса смешивания и отражающую заданное качество смеси, назовем заданной дисперсией. Обозначим

1 "

(13)

где

п ~

Ор - дисперсия, характеризующая допустимую неравномерность смешивания.

После преобразования и решения уравнения 12 относительно о2 получим математическую модель для оценки неравномерности распределения контрольного компонента в пробах:

1 +

1

1 + л/О-

(14)

Начальными условиями являются: при ? = 0, <т2=1; при I = со, стг = а].

Процесс измельчения и смешивания сопровождается образованием готового продукта и переизмельченной фракции, причем последняя является

нежелательным материалом. В то же время готовый продукт не должен содержать крупных частиц больше количества, установленного стандартом.

Время нахождения материала в зоне измельчения и смешивания будет определяться крупностью частиц, выраженной через остаток на сите

Л,

'--Г5-. 05)

где

- константа, характеризующая измельчаемость продукта; С учетом (15) уравнение (14) приводится к виду

1 + +

(16)

где

г±

1-е

Уравнение (16) представляет собой математическую модель для оценки качества смешивания компонентов смеси при одновременном их измельчении в молотковой дробилке.

В третьем разделе - «Программа и методика экспериментальных исследований» изложена программа исследований, представлены приборы и измерительная аппаратура, применяемые в ходе исследований.

Экспериментальные исследования проведены в соответствии с действующими ГОСТами, общепринятыми и частными методиками испытаний техники, обеспечивающими получение первичной информации в виде реализаций случайных процессов с последующей их обработкой на персональном компьютере при помощи пакета программ «Statgraphics Plus 3.0».

В четвертом разделе - «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты исследований движения материала в бункере с вертикально расположенным боковым выпуском, процессов дозирования сыпучих материалов, совместного измельчения и смешивания компонентов комбикормов.

Характер истечения сыпучего материала из бункера дозатора исследовали на лабораторной установке, позволяющей оценить фазы движения по фотосъемке. Деформации «квадратов» из черных и белых зерен дают возможность выявить начальный момент сдвига частиц при открытии заслонки и наблюдать процесс до опорожнения бункера (рис. 5). Вертикальная стенка, на которой расположено выпускное отверстие, представляет собой ограничивающую плоскость, поэтому в бункере с боковой разгрузкой не может образовываться полный эллипсоид.

Из рисунка 5 а видно, что в материале вначале образуется эллипсоид первичного движения. Частицы, расположенные ближе к верхней кромке выпускного отверстия, имеют большую скорость истечения, чем у нижней кромки. Такое различие в скоростях истечения частиц создает благоприятные

условия для образования эллипсоида вторичного движения. В момент, когда угол наклона материала будет равен углу естественного откоса, вершина эллипсоида вторичного движения будет находиться в нижней части воронки

отклонение оси эллипсоида д

вьпуаное

а б в

Рис. 5. Фазы движения материала в бункере с боковой выгрузкой: а - формирование эллипсоида первичного движения; б - формирование эллипсоида вторичного движения; е -

схема

Эллипсоид вторичного движения аппроксимируется уравнением:

у{ = ±2,09-у/30,25 - х2 (17)

Большая ось эллипсоида вторичного движения начинается в нижней части выпускного отверстия и идет вверх, отклоняясь внутрь бункера. Отклонение оси зависит от трения материала о стенку бункера.

Таким образом, общий характер движения сыпучего материала при истечении из бункера с вертикально расположенным выпускным отверстием определяется эллипсоидом вторичного движения, которое поддерживает постоянство процесса истечения материала и перемешивание частиц (рис. 5 б), что имеет существенное значение при дозировании. Фотосъемка процесса показывает наличие воронки сползания материала, которая в различных фазах истечения материала меняет свою конфигурацию и может быть представлена зависимостью вида:

У2 = -0,15х1 + 4,30х -1,57 (18)

В точке Б воронка сползания совпадает с воронкой выпуска. Точки А и Б являются характерными для регулирования степени заполнения бункера.

Для исследования рабочего процесса дозатора изготовлена экспериментальная установка. Её схема представлена на рисунке 6.

Основной задачей исследований явилось изучение влияния ряда факторов на пропускную способность Q и равномерность дозирования, выраженную через коэффициент вариации V. При этом коэффициент вариации должен находиться в заданных пределах во всем диапазоне изменения пропускной

способности. Дозатор содержит загрузочные бункеры 1, активаторы 2, шнековую навивку 3, электродвигатель 4, заслонки 5, выпускные отверстия 6, приемный канал 7, клиноременную и цепную передачи 8, 9, лопатки 10, тягу 11. Каждая секция дозатора работает независимо от других.

Выполнение загрузочных бункеров, снабженных заслонками, установленными с возможностью изменения проходного сечения выпускных отверстий, соединенных посредством приемного канала, способствует регулированию пропускной способности, а примыкание выпускных отверстий к приемному каналу с криволинейными стенками обеспечивает пересечение потоков и предварительное смешивание компонентов.

Активатор состоит из вала диаметром 34 мм и лопаток, ширина которых 30 мм, а длина 120 мм.

9

Рис. 6. Схема дозатора сыпучих кормов

При исследовании процесса дозирования оценивалось влияние площади выпускного отверстия и частоты вращения активатора на пропускную способность (рис. 7). Материалом служило зерно ячменя и овса. При увеличении площади выпускного отверстия и частоты вращения валов активатора пропускная способность при дозировании, как ячменя, так и овса

увеличивается.

2000

в. кг/ч

1200 800 400 0

г-А шт

/ *

** Г--

1600

в, кг/ч

800

400

ШТ ✓

** р * X *

;

400

1200

2000

2800 5™, мл^ 4000 400

1200

2000 2800 Я—,!««/ 4000

— ■ — ■ - «=75 мин1;---л=110мин ;

б

- л=145 мин"1

Рис. 7. Пропускная способность секции дозатора сыпучих кормов в зависимости от площади выпускного отверстия и частоты вращения валов при дозировании зерна: а - ячменя; б - овса

Для исследования равномерности дозирования материала из бункера в зависимости от уровня его заполнения проведены опыты по самопроизвольному истечению и с активатором.

Пропускная способность при самопроизвольном истечении зерна ячменя различна по мере опорожнения бункера. Наибольшие значения пропускной способности наблюдаются при заполненном бункере. При этом относительная ошибка Е составляет 11,4 % на ячмене и 17,5 % на овсе, что не соответствует требованиям стандарта на дозирование компонентов при производстве комбикормов (рис. 8).

При работе дозатора с включенным активатором с предварительно выбранной частотой вращения вала «=110 мин'1 пропускная способность секции в зависимости от уровня материала в бункере изменяется незначительно. Относительная ошибка на ячмене составляет 1,5% на овсе 2,2% при средней пропускной способности 930 и 670 кг/ч соответственно о и V составляют: 0=18,18 кг/ч, у=1,94 % (рис. 8).

1000

в. кг/ч

800 700 600

I 1 ст=18,18кг/ч ) у=1,94% 5ОТ=2280 мм2 1(3=44,64 кг/ч К=6,38%

1

""••■о

1 'V

1

700

а

кг/ч

600 550

- 1 1 с=12.41 кг/ч /у1,84% $,„=2280 мн! 1о=43,76 кг/ч Л=7,68%

1

I

>

\ \ / \ У \

\ /

8 7 6 5 4 уровень 2 9 8 7 6 5 4 уровень 2

- „=110 мин"' -——самоистечение - л=110мин" ———1 самоистеченив

а б

Рис. 8. Зависимость пропускной способности секции дозатора от уровня материала в бункере дозатора при площади выпускного отверстия 5от=2280 мм2 на зерне: а - ячменя, б - овса

Работа активатора увеличивает пропускную способность секции дозатора на 17. ..44% в зависимости от дозируемой культуры.

-V —N

4«. ч 1

«

250 500 750 б, кг/ч 1500 — л=110 мин——самоистечение; « ■ зерно ячменя; « зерно овса Рис. 9. Изменение коэффициента вариации от пропускной способности дозатора

Качество процесса дозирования в зависимости от пропускной способности секции дозатора исследовали при изменении площади выпускного

отверстия. Коэффициент вариации при самопроизвольном истечении ячменя достигает 11,1% при минимальной подаче ({9=390 кг/ч), и снижается до 4,6% при подаче (0=1285 кг/ч) (рис. 9). Аналогично выглядят характеристики изменения коэффициента вариации при дозировании овса: v=9,1...6,2% в диапазоне изменения пропускной способности £7=300. ..980 кг/ч.

Работа активатора позволяет стабилизировать процесс истечения материала. При дозировании ячменя коэффициент вариации не превышает 3,2% (0=212...1446 кг/ч), и 3,4% при дозировании овса (g=230...1106 кг/ч).

Оптимизацию рабочего процесса дозатора осуществляли методом планирования эксперимента второго порядка. Был реализован план Бокса -Бенкена З3. Опыты проводились на двух видах зерна - ячмене, как основной фуражной культуре и овсе, имеющем склонность к сводообразованию при хранении в бункерах. В качестве факторов выбраны: п - (х,) (частота вращения валов активатора, мин'1); Som - (х2) (площадь выпускного отверстия, мм2); z - (xj) (число лопаток вала, шт). В качестве критериев оптимизации процесса дозирования приняты пропускная способность Q кг/ч - (yi при дозировании ячменя, у2 при дозировании овса) и коэффициент вариации v - (Уз ПРИ дозировании ячменя, >>4 при дозировании овса), по которому оценивали качество дозирования.

По результатам опытов, при помощи программы Statgraphic Plus 3.0 получены адекватные (95 % доверительная вероятность) модели регрессии, характеризующие влияние факторов на критерии оптимизации: у, = 909,2 + 193,425*, +623,725х2 -79,425х3 + 52,825л,2 + + 112,05х,х2 -25,6х1х} -36,475х2 -З5,45х2х3 + 57,125х2; у2 = 701,067 +159,125*, + 490,1х2 - 74,875х3 + 54,1167л:,2 + + 98,2х,х2 - 24,1х,х3 - 15,9833х2 - 55,6х2х3 + 38,3167х32; уг = 0,477-0,122х2 -0,101х3 +0,207х,3 + 0,159х2 +0,132х2х3;

уА=0,317- 0,1 78лг2 + 0,290х,2 + 0,179х]х2 + 0,168х2х3.

Анализ уравнений регрессии (19, 20) показывает, что наибольшее влияние на пропускную способность оказывает площадь выпускного отверстия Sam, а количество лопаток z активатора влияет незначительно. Причем с увеличением данного фактора значения у\ и у2 снижаются, что свидетельствует о загромождении рабочего объема лопатками активатора.

Анализ сечений (рис. 10 а, в) показывает, что пропускная способность при дозировании как ячменя, так и овса не существенно зависит от частоты вращения активатора п. Увеличение количества лопаток z на валу активатора незначительно снижает пропускную способность при дозировании как ячменя так и овса (рис.10 б, г). С увеличением площади выпускного отверстия секции дозатора с 760 до 3800 мм2 пропускная способность увеличивается с 220 до 1850 кг/ч при дозировании ячменя (рис. 10 а) и с 200 до 1500 кг/ч при дозировании овса (рис. 10 в), но характер изменения у\ и у2 не является линейным, что согласуется с выводами теоретических исследований.

(19)

(20)

(21) (22)

Отыскание оптимального числа лопаток и частоты вращения активаторов сводилось к решению компромиссной задачи.

Двумерные сечения, построенные по уравнениям регрессии (21, 22) в факторном пространстве п, Som и z представлены на рисунке 10.

Анализ двумерного сечения (рис. 10 а) при постоянном значении фактора z=4 показывает, что при изменении факторов п и Som в области эксперимента имеет место экстремум по критерию уъ (коэффициент вариации). Минимальное значение коэффициента вариации при дозировании ячменя составляет v=0,445% при величине факторов «=103 мин"1 и Som=2903 мм2. При дозировании овса наименьшее значение коэффициента вариации составляет v=0,22% при величине факторов «=100 мин"1 и ¿„-3700 мм (рис. 10 в).

При дозировании ячменя при постоянном значении фактора «=110 мин'1 (рис. 10 6) двумерное сечение, показывающее изменение коэффициента вариации, имеет явно выраженную форму седловины, что свидетельствует об условно экстремальном протекании процесса. Условный экстремум имеет значение v=0,459% при значении факторов Som=3010 мм2 и z=3,5 шт.

А при дозировании овса минимальное значение коэффициента вариации, равное v=0,12% наблюдается при максимальном значении фактора ^„=3800 мм2 и минимальном количестве лопаток на валу z=2 пгг. (рис. 10 г).

Анализируя приведенные двумерные сечения по коэффициенту вариации, можно считать оптимальным количество лопаток на валу z=4 шт., частоту вращения «=105 мин'1.

Son,'

ММ! 2280

1520

3800

-1200.

! 0,48

92,5

110 л, МИН"' 145 в

Q, кг/ч;

ммг 3800

Рис. 10. Двумерные сечения, характеризующие влияние факторов на пропускную способность и коэффициент вариации при дозировании зерна: а, б- ячменя; в, г- овса

Режим смешивания компонентов комбикормов в процессе воздействия рабочих органов дробилки в значительной степени определяет их измельчаемость. Её исследование проводили на разных зерновых культурах при различной длительности измельчения в дробилке периодического действия, как по отдельности, так и их смеси в равных пропорциях.

На рисунке 11 представлены кривые изменения остатка на сите частиц размером 1,5...2 мм и 0..Д22 мм при различном времени пребывания материала в дробильной камере. Анализ характеристик показывает, что ячмень является наиболее трудно измельчаемой культурой (рис. 11 а).

Изменение содержания частиц размером 1,5...2 мм (основной состав дерти среднего помола) в начальный период измельчения носит экспоненциальный характер и для различных культур идентичен, а начиная с времени 10 с наблюдается их убывание (например гороха).

Содержание пылевидных частиц размером 0.. .0,22 мм быстро возрастает, и после 5 с измельчения для ячменя составляет 1%, гороха - 2%, а через 25 с соответственно б% и 18% (рис. 11 б).

Кривая характеристики гранулометрического состава дерти, состоящей из пшеницы, гороха и ячменя в соотношении 1:1:1 находится в интервале варьирования характеристик дерти ячменя и гороха. Следовательно, при совместном измельчении качество гранулометрического состава не ухудшается.

При измельчении зерносмеси содержание частиц крупностью 1,5...2 мм и 0.. .0,22 мм подчиняются закономерностям:

Р1>75 =0,0022 i3 -0,11S5i3 + 2.247П + 0,0318;

0,0042/4 0,4116? -0,219.

20

Pi,% 12

(23)

(24)

/ у

/ / >

/

А />

¿У

5 10 15 /, с 25 0 5 10 15 tл с 25

а б

■ пшеница (100 %);---ячмень (100 %);----горох (100 %);

смесь (пшеница, ячмень, горох по 33,3 %)

■lllltia

Рис. 11. Характеристики изменения остатка на сите от времени измельчения частиц размером а -1,5...2 мм; б - 0..Д22 мм

Результаты данных исследований позволяют определить по времени измельчения продолжительность смешивания компонентов.

На рисунке 12 представлены характеристики двухкомпонентной смеси измельченных гранул полиэтилена, полученной в процессе измельчения при различном процентном содержании контрольного (черного) компонента в зависимости от пропускной способности дробилки (линия 1), которая изменялась от 190 кг/ч до 320 кг/ч. При этом доля контрольного компонента составляла: 25,4; 43,4; 55,5 и 77,8 %.

1,00 в 0,99 0,985 0,98 0,975 0,97 0,965

\ V

\ * V К,

'ч -- О

Ч , """ »«О

2,5

Е,

%

2,0

1,5

1,0

350

в, кг/ч 250

200

150

100

50

60 хч,риь1„ % 80

20 30 40 50

---0----Е-

1 - пропускная способность дробилки;

2 - доля контрольного компонента в смеси Рис. 12. Характеристики смешивания сыпучих материалов при измельчении

Анализ полученных результатов показывает, что коэффициент вариации V содержания контрольного компонента в смеси находится в пределах от 2,96% до 8,17%. Это удовлетворяет зоотехническим требованиям при производстве комбикормов. Относительная ошибка Е не превышает 2,2 % во всем указанном диапазоне изменении пропускной способности.

Однородность смешивания в находится в пределах 0,96—0,98. Это свидетельствует о том, что только 3,3% частиц смеси имеют отклонение от среднего значения контрольного компонента более чем 5%.

Таким образом, смешивание материалов при их измельчении удовлетворяет требованиям производства комбикормов, что значительно упрощает технологические схемы малогабаритных комбикормовых агрегатов.

Для оценки рабочего процесса экспериментальной установки комбикормового агрегата (рис. 13) при измельчении зерна в производственных условиях проводились исследования по плану Шеффе. При проведении опытов изменялись три фактора: Х\ содержание ячменя в смеси в %, х2 содержание пшеницы в смеси в % и хз содержание овса в смеси в %. При обработке результатов получены полиномы неполной третьей степени для следующих критериев отклика: у 1 - удельные энергозатраты на измельчение, кВт*ч/(т.ед.ст.изм.); уг - средневзвешенный размер готового продукта, мм; у3 -коэффициент вариации крупности частиц, %; у 4 - дисперсия концентрации контрольного компонента.

Проверка адекватности моделей регрессии показала, что модели (25), (26), (27) и (28) с учетом значимых факторов адекватно описывают процессы,

оцениваемые выбранными критериями оптимизации (95% доверительная вероятность).

у, = 2,84&с, + 2,3456х2 + 1,972х3 + 0,026х,х2 - 0,989х,х3 + 0,495х2х3 - 0,869х,х2х3 ; (25)

у2 = 1,432х, + 0,996х2 + 1,2х3 - 0,381х,х2 -0,252х,х3 +0,391л2х3 - 0,554л::д:2х3; (26)

уз = 57,94х, + 77,89х2 + 68,12х3 + 4,80х,х, + 6,75х,х3 -26,11х2х3 + 26,97х,х2х3; (27)

=0,0838х, +0,0192х2 +0,0142х3+0,0159х|х2+0,1215х|х3 +0,0098х2х3 +1,2547х,хгх3. (28)

Рис. 13. Схема и общий вид экспериментального комбикормового агрегата: а - схема; б -общий вид, 1 - дозатор сыпучих кормов; 2 - дробилка; 3 - шнек загрузочный; 4 шнек

выгрузной

Для графического представления были построены треугольные диаграммы в барицентрических координатах.

Анализ диаграммы (рис. 14 а) и модели регрессии (25) показывают, что на удельные энергозатраты влияет содержание компонентов в зерносмеси, наибольшее значение наблюдается при 100 % ячменя.

Средневзвешенный размер готового продукта уменьшается с увеличением содержания пшеницы (рис. 14 б) и имеет минимальную величину при значении фактора хг=1 (в натуральной величине 100% - пшеницы), а при увеличении содержания ячменя увеличивается.

Варьирование крупности частиц дерти относительно средневзвешенного размера, оцененное коэффициентом вариации, показывает, что наиболее равномерный помол достигается при большем содержании ячменя (рис. 14 в).

Полученное значение дисперсии концентрации контрольного компонента (рис. 14 г) свидетельствуют о том, что достигнутая равномерность смешивания в процессе измельчения не ниже 91%, что соответствует зоотехническим требованиям на приготовление комбикормов.

По данным диаграммам при известном содержании компонентов можно определить энергозатраты, средневзвешенный размер дерти, коэффициент вариации размеров частиц и дисперсию концентрации компонентов.

а

б

в г

Рис. 14. Сечение поверхности отклика в барицентрических координатах характеризующее влияние факторов на критерий: а - у \ (удельные энергозатраты); б - у 2 (средневзвешенный размер); в - у з (коэффициент вариации); г - у 4 (дисперсия концентрации контрольного компонента)

На основании выполненных исследований предложена усовершенствованная схема малогабаритного комбикормового агрегата (рис 15).

Рис. 15. Схема комбикормового агрегата: 1 - дозатор сыпучих материалов; 2 -дробилка; 3 - шнек загрузочный; 4 шнек выгрузной; 5 -накопитель готового продукта; 6 всасывающий шланг

Выполнены опыты для оценки энергоемкости процесса измельчения и производительности предлагаемой схемы комбикормового агрегата при измельчении ячменя. В состав агрегата входит дробилка с пневматической загрузкой зерна, что позволяет располагать отдельно дробилку и дозатор (например, в разных помещениях). В исследованиях изменяли длину гибкого всасывающего шланга от 1,5 до 15 м.

Рис. 16. Зависимость производительности и удельных энергозатрат дробилки зерна с пневматической загрузкой от длины всасывающего шланга

В пределах установленной мощности электродвигателя 18,5 кВт дробилки зерна при длине всасывающего шланга 15 м максимальная производительность агрегата составляет 2300 кг/ч, а при уменьшении длины шланга до 1,5 м производительность увеличивается до 2700 кг/ч (рис. 16). При этом удельные энергозатраты уменьшаются с 2,2 до 1,69 кВт*ч/(т.ед.ст.изм.).

В пятом разделе «Технико-экономическая эффективность использования комбикормового агрегата» приведен анализ эффективности функционирования разработанного малогабаритного комбикормового агрегата. Энергетическая эффективность разработанного агрегата в сравнении с КА - 4, оцененная коэффициентом интенсификации, составила 28 %, а годовой экономический эффект составляет 69768 рублей при переработке 5100 т/год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана конструктивно - технологическая схема дозатора сыпучих кормов (патент № 2281803 РФ на изобретение), содержащего примыкающие друг к другу по окружности секции с дозирующими устройствами, позволяющими предварительно смешивать компоненты в пересекающихся потоках, что позволило повысить эффективность функционирования малогабаритного комбикормового агрегата за счет совершенствования технологической схемы.

2. Теоретическими исследованиями получены аналитические зависимости, устанавливающие связь параметров дозатора с его пропускной способностью (9); выявлен характер и получена математическая модель начальной деформации материала при сдвиге (6); предложен метод и

математическая модель оценки качества смешивания компонентов комбикормов при их измельчении в молотковой дробилке (16).

3. Получены модели регрессии пропускной способности; качества дозирования, выраженного через коэффициент вариации; удельных энергозатрат, с помощью которых определены оптимальные значения конструктивно - технологических параметров секции дозатора: частота вращения вала активатора 105 мин'1; число лопаток на валу активатора 4 шт.; длина лопаток 120 мм; ширина 30 мм.

4. Измельчение компонентов с одновременным их смешиванием при производстве комбикормов упрощает технологический процесс и позволяет достичь степени однородности смеси 0,96...0,98. Коэффициент вариации содержания контрольного компонента в смеси находится в пределах от 2,96...8,17%. Полученное значение дисперсии концентрации контрольного компонента свидетельствует о том, что достигнутая равномерность смешивания в процессе измельчения составляет 91%, что соответствует зоотехническим требованиям на приготовление комбикормов.

5. Энергетическая эффективность комбикормового агрегата по предлагаемой конструктивно - технологической схеме с использованием дозатора сыпучих кормов, в сравнении с агрегатом КА-4, оцененная по коэффициенту интенсификации составила 28 %, а годовой экономический эффект 69768 рублей при переработке 5100 т/год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C., Сергеев А.Г. Характеристики смешивания сыпучих материалов при измельчении // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2009. № 2. С. 32-33.

2. Фуфачев B.C. Обзор технологических схем и направлений развития комбикормовых агрегатов // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Межвуз. сб. науч. тр. Киров: Вятская ГСХА, 2004. Вып. 4. С. 219-222.

3. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C. Исследование процесса совместного измельчения компонентов комбикормов в дробилке периодического действия // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Межвуз. сб. науч. тр. Киров: Вятская ГСХА, 2005. Вып. 5. С. 149-155.

4. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C. Результаты исследований процесса измельчения зерносмеси в дробилке периодического действия // Приоритетные направления научно-технического обеспечения АПК Северо-Востока. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2005. С. 307-312.

5. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C. Исследование рабочего процесса многосекционного дозатора сыпучих материалов // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Межвуз. сб. науч. тр. Киров: Вятская ГСХА, 2006. Вып. 6. Ч. 3. С. 183-189.

6. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C. Закономерности движения материала из бункеров с вертикально расположенным выпускным отверстием // Совершенствование технологий и средств механизации производства продукции растениеводства и животноводства: Материалы науч.-практ. конф. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2007. С. 77-81.

7. Алешкин А.В., Фуфачев B.C. Истечение материала из бункера с вертикальным выпуском // Разработка и внедрение технологий и технических средств для АПК Северо-Восточного региона Российской Федерации: Материалы Международ, науч.-практ. конф. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2007. С. 391-396.

8. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C. Изучение процесса смешивания сыпучих материалов при измельчении // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Материалы II Всеросс. науч.-практ. конф. "Наука - Технология - Ресурсосбережение": Сб. науч. тр. Киров: Вятская ГСХА, 2008. Вып. 8. С. 26-27;

9. Оценка качества смешивания компонентов комбикормов при их измельчении в дробилке / Н.Ф. Баранов, В.Д. Шерстобитов, А.Н. Суворов, B.C. Фуфачев // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики. Материалы II Всеросс. науч.-практ. конф. "Наука - Технология - Ресурсосбережение": Сб. науч. тр. Киров: Вятская ГСХА, 2008. Вып. 8. С. 28-33.

10. Фуфачев B.C. Обоснование пропускной способности многосекционного дозатора сыпучих материалов // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Материалы II Всеросс. науч.-практ. конф. "Наука - Технология - Ресурсосбережение": Сб. науч. тр. Киров: Вятская ГСХА, 2008. Вып. 8. С. 225-228.

11. Алешкин А.В. Фуфачев B.C. Результаты исследований первичной деформации материала в бункере при его истечении // Всеросс. науч,-технич. конф. «Наука-производство-технологии-экология»: Сб. материалов Киров: ВятГУ, 2008. Том 4. С. 309-310.

12. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C. Зависимость производительности дробилки ДКР-3 от длины всасывающего шланга // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Материалы Международ, науч.-практ. конф. "Наука - Технология - Ресурсосбережение": Сб. науч. тр. Киров: Вятская ГСХА, 2009. Вып. 9. С. 27-28.

13. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C., Зыкин А.А. Исследование равномерности истечения материала из секции дозатора сыпучих материалов в зависимости от заполнения бункера // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Материалы Международ, науч.-практ. конф. "Наука - Технология - Ресурсосбережение": Сб. науч. тр. Киров: Вятская ГСХА, 2009. Вып. 9. С. 29-32.

14. Пат. 2281803 РФ, МПК7 В 01 F 15/04, G 01 F 11/00, G 01 F 13/00. Дозатор сыпучих материалов / Н.Ф Баранов, B.C. Фуфачев. 4 с.

Заказ № 92. Подписано к печати 23.03.2009 г. Формат 60х90'/1б. Объем-1 п.л. Тираж 80 экз. Типография Вятской ГСХА, 610017, Киров, Октябрьский проспект, 133

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Обзор исследований характеристик зерна.

1.2 Анализ технических средств для приготовления концентрированных кормов.

1.2.1 Анализ конструкций малогабаритных комбикормовых агрегатов и установок и их составных частей.

1.2.2 Анализ принципа действия и конструкции дозирующих устройств комбикормовых агрегатов.

1.2.3 Анализ конструкций дробилок фуражного зерна.

1.3 Обзор исследований истечения сыпучих материалов из бункеров.

1.4 Краткий обзор научных работ по измельчению, дозированию и смешиванию сыпучих материалов.

1.4.1 Измельчение.

1.4.2 Дозирование.

1.4.3 Смешивание.

1.5 Задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Обоснование и описание технологической схемы рабочего процесса комбикормового агрегата.

2.2 Определение пропускной способности дозатора сыпучих кормов.

2.3 Моделирование первичной деформации материала при истечении из бункера.

2.4 Оценка качества смешивания компонентов комбикормов при их измельчении в дробилке.

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа экспериментальных исследований.

3.2 Методика экспериментальных исследований.

3.2.1 Приборы и аппаратура.

3.2.2 Методика определения истечения материала из бункеров при боковой разгрузке.

3.2.3 Экспериментальная установка дозатора сыпучих кормов.

3.2.4 Методика определение пропускной способности дозатора сыпучих кормов.

3.2.5 Методика исследования равномерности дозирования сыпучих кормов.

3.2.6 Методика определения измельчаемости зерна в зависимости от влажности.

3.2.7 Методика исследования процесса смешивания сыпучих материалов при измельчении.

3.2.8 Испытание дозатора сыпучих кормов в производственных условиях.

3.3 Краткая методика планирования эксперимента и оптимизации параметров дозатора.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Исследование рабочего процесса дозатора сыпучих кормов.

4.1.1 Исследование движения материала из бункера с вертикально расположенным выпускным отверстием.

4.1.2 Исследование равномерности истечения материала в зависимости от высоты заполнения бункера.

4.1.3 Предварительные исследования процесса дозирования.

4.1.4 Оптимизация рабочего процесса дозатора сыпучих кормов.

4.2 Исследование процесса смешивания сыпучих материалов при измельчении.Ill

4.3 Исследование измельчаемости компонентов комбикормов.

4.3.1 Измельчаемость компонентов комбикормов в зависимости от влажности.

4.3.2 Исследование совместного измельчения компонентов комбикормов в дробилке.

4.4 Исследование рабочего процесса комбикормового агрегата при дозировании и смешивании в процессе измельчения зерна в производственных условиях.

4.5 Исследование рабочего процесса дозатора в составе комбикормового агрегата.

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬ

ЗОВАНИЯ КОМБИКОРМОВОГО АГРЕГАТА.

5.1 Технико-экономические показатели.

5.2 Энергетическая эффективность комбикормового агрегата.

Увеличение производства продуктов животноводства, производительности труда и снижение себестоимости продукции -важнейшие задачи сельскохозяйственного производства. Выполнение этих задач возможно только при комплексной механизации трудоемких процессов и широком внедрении прогрессивных технологий. Объем и эффективность производства животноводческой продукции во многом зависят от уровня кормления животных и от сбалансированности рационов по питательным веществам.

Эффективность использования кормовых ресурсов, особенно концентрированных и комбинированных кормов, во многом определяется научно обоснованным подходом к кормлению животных.

В структуре себестоимости производства мяса, молока и других продуктов животноводства корма составляют более 60% [54], из них значительная часть приходится на фуражное зерно, использовать которое необходимо только в переработанном виде в составе сбалансированных по питательной ценности комбикормов.

В Российской Федерации на кормовые цели ежегодно расходуется до 50 млн. т. фуражного зерна. Только четвертая часть из этого количества используется в составе комбикормов и кормосмесей, а остальное зерно скармливается в измельчённом виде [108], что значительно снижает эффективность его использования и приводит к перерасходу фуража. В настоящее время актуальным вопросом является необходимость развития производства комбикормов непосредственно в хозяйствах и межхозяйственных предприятиях.

На сегодняшний день комбикормовая промышленность развивается по двум направлениям. Первое - наращивание мощностей крупных комбикормовых предприятий. Второе - разработка малогабаритных агрегатов и установок для приготовления комбикормов в условиях хозяйства из местного сырья [55].

Опыт многих хозяйств показал целесообразность местного производства комбикормов с использованием промышленных добавок. При этом существенно снижаются транспортные затраты, максимально используется собственная кормовая база, появляется возможность оперативного изменения рецептуры комбикормов и его суточной потребности при соблюдении их качества. Однако имеющееся в хозяйствах оборудование и машины не всегда обеспечивает требуемую рецептуру и качество комбикормов, особенно это связано с дозированием компонентов и их смешиванием.

Создание малогабаритных комбикормовых агрегатов с минимальным набором машин и рабочих органов, обеспечивающих высокий уровень качества продукции при минимальных энерго и трудовых затратах, является актуальной задачей.

Цель снижение энергоемкости приготовления и дозирования комбикормов.

Объекты исследования — дозатор сыпучих кормов в составе комбикормового агрегата и технологические процессы дозирования и смешивания в процессе измельчения компонентов комбикормов.

Научная новизна работы:

-теоретические предпосылки для определения пропускной способности и обоснования параметров дозатора сыпучих кормов, модель первичной деформации сыпучего материала при истечении из бункера с боковым выпуском;

-метод оценки качества смешивания компонентов комбикормов при их измельчении;

-конструктивно-технологическая схема дозатора сыпучих кормов (патент РФ № 2281803 на изобретение);

-модели регрессии для расчета оптимальных параметров дозатора сыпучих кормов.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Разработана конструктивно-технологическая схема дозатора сыпучих кормов, позволяющего одновременно накапливать, дозировать и смешивать компоненты комбикормов перед измельчением. Результаты исследований используются предприятием ЗАО «Арзамасская Сельхозтехника - Регион» Нижегородской области при модернизации и освоении производства комбикормового агрегата на основе дозатора.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на 51-ой научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов инженерного факультета «Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики» (Киров, 2004 г.); 52-ой научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов инженерного факультета «Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики», посвящённая 75-летию Вятской государственной сельскохозяйственной академии (Киров, 2005 г.); 53-ей научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов инженерного факультета «Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики» (Киров, 2006 г.); 1-ой Всероссийской научно-практической конференции «Наука-Технология-Ресурсосбережение» и 54-ой научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов инженерного факультета «Улучшение эксплуатационных показателей мобильной энергетики», посвящённой 55-летию инженерного факультета (Киров, 2007 г.); 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Наука-Технология-Ресурсосбережение» (Киров, 2008 г.); 2-ой Международной научно-практической конференции «Наука-Технология-Ресурсосбережение» (Киров 2009 г.); на научно-практической конференции в НИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого (Киров, 2006 г.); на 11-ой Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Мосоловские чтения) (Йошкар-Ола, 2009 г.)

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе одна - в издании, рекомендованном ВАК РФ и одном патенте на изобретение.

Защищаемые положения:

-конструктивно — технологическая схема дозатора сыпучих кормов;

-теоретические предпосылки к обоснованию параметров дозатора сыпучих кормов, математическая модель первичной деформации материала при истечении из бункера с боковым выпуском, метод оценки качества смешивания компонентов комбикормов при их одновременном измельчении в дробилке;

-модели регрессии рабочего процесса дозатора сыпучих кормов, позволяющие определить его оптимальные конструктивно - технологические параметры;

-результаты исследований совместного измельчения компонентов комбикормов при одновременном их смешивании;

-технико-экономическая эффективность использования комбикормового агрегата с дозатором.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 188 страниц, 72 рисунка, 12 таблиц и 11 приложений. Список литературы включает 127 наименования, в том числе 2 на иностранном языке.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана конструктивно - технологическая схема дозатора сыпучих кормов (патент № 2281803 РФ на изобретение), содержащего примыкающие друг к другу по окружности секции с дозирующими устройствами, позволяющими предварительно смешивать компоненты в пересекающихся потоках, что позволило повысить эффективность функционирования малогабаритного комбикормового агрегата за счет совершенствования технологической схемы.

2. Теоретическими исследованиями получены аналитические зависимости, устанавливающие связь параметров дозатора с его пропускной способностью (2.7); выявлен характер и получена математическая модель начальной деформации материала при сдвиге (2.21); предложен метод и математическая модель оценки качества смешивания компонентов комбикормов при их измельчении в молотковой дробилке (2.43).

3. Получены модели регрессии пропускной способности; качества дозирования, выраженного через коэффициент вариации; удельных энергозатрат, с помощью которых определены оптимальные значения конструктивно - технологических параметров секции дозатора: частота вращения вала активатора 105 мин"1; число лопаток на валу активатора 4 шт.; длина лопаток 120 мм; ширина 30 мм.

4. Измельчение компонентов с одновременным их смешиванием при производстве комбикормов упрощает технологический процесс и позволяет достичь степени однородности смеси 0,96.0,98. Коэффициент вариации содержания контрольного компонента в смеси находится в пределах от 2,96.8,17%. Полученное значение дисперсии концентрации контрольного компонента свидетельствует о том, что достигнутая равномерность смешивания в процессе измельчения составляет 91%, что соответствует зоотехническим требованиям на приготовление комбикормов.

5. Энергетическая эффективность комбикормового агрегата по предлагаемой конструктивно - технологической схеме с использованием дозатора сыпучих кормов, в сравнении с агрегатом КА-4, оцененная по коэффициенту интенсификации составила 28 %, а годовой экономический эффект 69768 рублей при переработке 5100 т/год.

1. Алешкин А.В. Фуфачев B.C. Результаты исследований первичной деформации материала в бункере при его истечении // Всеросс. науч.-технич. конф. «Наука-производство-технологии-экология»: Сб. материалов. Киров: ВятГУ, 2008. Том 4. С. 309-310.

2. Алешкин В.Р. Вероятностно статистическое исследование рабочего процесса и факторов, влияющих на эффективность работы молотковых кормодробилок: Автореф. дис. канд. техн. наук. Ленинград - Пушкин, 1968. 25 с.

3. Алешкин В.Р. Планирование эксперимента при моделировании рабочего процесса кормоприготовительных машин // Интенсификация сельскохозяйственного производства Кировской области: Сб. науч. тр. КСХИ. Пермь, 1980. Т.68. С. 102-106.

4. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1993. 319 с.

5. Алферов К.В., Зенков Р.Л. Бункерные установки. М.: Машгиз., 1955.

6. Ануфриев Б. Дробилки молотковые фирмы Технекс // Комбикорма. 2003 № 2. С. 20.

7. Ас. № 152608 СССР, В02 d; 50 с, 830. Молотковые дробилки / В.И. Сыроватка, Н.Н. Фадеев. 3 с.

8. Афанасьев В., Орлов Е. Блочно — модульные комбикормовые агрегаты // Комбикорма. 1999. № 8. С. 19-20.

9. Ю.Баранов Н.Ф. Совершенствование технологических процессов и технических средств приготовления кормов для сельскохозяйственногопроизводства на базе роторных измельчителей: Дис. д-ра техн. наук. Киров, 2001.622 с.

10. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C. Исследование рабочего процесса многосекционного дозатора сыпучих материалов // Улучшениеэксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Межвуз. сб. науч. тр. Киров: Вятская ГСХА, 2006. Вып. 6. Ч. 3. С. 183-189.

11. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C. Результаты исследований процесса измельчения зерносмеси в дробилке периодического действия // Приоритетные направления научно-технического обеспечения АПК Северо-Востока. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2005. С. 307-312.

12. Баранов Н.Ф., Фуфачев B.C., Сергеев А.Г. Характеристики смешивания сыпучих материалов при измельчении // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2009. № 2. С. 32-33.

13. Белянчиков Н.Н., Смирнов А.И. Механизация животноводческих ферм и комплексов. М.: Колос, 1984. 396 с.

14. Бестарное хранение муки, отрубей и комбикормов: под ред. П.Д. Буренина. М.: Колос, 1974. 224 с.

15. Биленко Л.Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах. М.: Недра, 1984. 200 с.

16. Верников Д.Н. Исследование шнековых кормораздатчиков для ферм крупного рогатого скота / Механизация и электрификация сельского хозяйства. К., 1985. Вып. 3. 240 с.

17. Видинеев Ю.Д. Автоматическое непрерывное дозирование сыпучих материалов. 2-е изд. перераб. М.: Энергия, 1974. 120 с.

18. Видинеев Ю.Д. Дозаторы непрерывного действия. М.: Энергия, 1978. 184 с.

19. Галкин А.Ф. Комплексная механизация производственных процессов в животноводстве. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Колос, 1974. 368 с.

20. Горячкин В.П. Собрание сочинений. М.: 1965. Т.З. С. 131-172.

21. ГОСТ 23728-88-ГОСТ 23730-88. Методы экономической оценки. 25 с.

22. Григорьев JI.M. Винтовые конвейера. М.: Машиностроение, 1972. 184 с.

23. Гячев JI.B. Движение сыпучих материалов в трубах и бункерах. М.: Машиностроение, 1968. 184с.

24. Данилин А.С. Производство комбикормов за рубежом. М.: Колос, 1968. 336 с.

25. Доза-Агро. Комбикормовое оборудование // URL: http://www.dozaagro.ru (дата обращения 19.05.06).

26. Дымов Н.Э. Перемещение сыпучих масс // Вузовская наука региону: Материалы первой общеросс. науч.-технич. конф. Вологда: ВоГТУ, 2003. С. 116-117.

27. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. Спб.: Питер, 1997. 240 с.

28. Егоров Г.А., Мартыненко Я.Ф., Петренко Т.П. Технология и оборудование мукомольной, крупяной и комбикормовой промышленности. М.: Издательский комплекс МГАПП, 1996. С. 20-36.

29. Егоров Г.А. Технологические свойства зерна. М.: Агропромиздат, 1985. 334 с.

30. Жевлаков П.К. Исследования процессов смешивания кормов. Автореферат кандидата технических наук JI., 1953. 17с.

31. Жислин Я.М. Оборудование для производства комбикормов, обогатительных смесей, премиксов. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Колос, 1981. 319 с.40.3авражнов А.И., Николаев Д.И. Механизация приготовления и хранения кормов. М.: Агропромиздат, 1990. 336 с.

32. Зверев С.В. Производство комбикормов непосредственно в хозяйствах // Техника и оборудование для села. 2000. № 5. С. 13-16.42.3егдинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976. 390 с.

33. Зенков Р.Л., Гриневич Г.П., Исаев B.C. Бункерные устройства. М.: Машиностроение, 1977. 223 с.

34. Казаков Е.Д. Морфологические особенности зерна ячменя // Исследования в области физико-механических свойств зерна и подготовки его к помолу: Труды МТИПП. М., 1957. Вып.9. С. 100 106.

35. Каталымов А.В., Любартович В.А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. Л.: Химия, 1990. 240 с.

36. Кафаров В.В. Процессы перемешивания в жидких средах. М.-Л.: Госхимиздат, 1949.

37. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Арутюнов С.Ю. Системный анализ процессов химической технологии. Процессы измельчения и смешивания сыпучих материалов. М.: Наука, 1985. 440 с.

38. Квапил Р. Движение сыпучих материалов в бункерах. М.: ГОСГОРТЕХИЗДАТ, 1961. 80 с.51 .Кирпичников Ф.С. Исследование воздушного режима молотковых дробилок (на примере КДМ): Дис. канд. техн. наук. Ленинград Пушкин, 1973. 229 с.

39. Клычев Е. Направления в развитии комбикормовых технологий // Комбикорма. 2000. № 3. С. 15.

40. Клычев Е.М. Исследование процесса смешивания сыпучих кормов в псевдосжиженном слое: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М., 1970. 22 с.

41. Концепция развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства Северо — Восточного региона

42. Европейской части России на 1997 и период до 2000 года / В.А. Сысуев и др. Киров, 1997. 80 с.

43. Кормановский JL, Пахомов В. Создание внутрихозяйственных комплексов и опыт их применения // Комбикорма. 1999. № 4. С. 15.

44. Кормщиков А.Д., Курбанов Р.Ф. Разработка механизированной операционной технологии выполнения сельскохозяйственной работы: Методическое пособие по курсовой работе. Киров: Вятская ГСХА, 2006. 62 с.

45. Коротчиков П.Х. Новое оборудование для переработки фуражного зерна в хозяйствах// Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1996. № 3. С. 8-9.

46. Кукта Г.М. Машины и оборудование для приготовления кормов. М.: Агропромиздат, 1987. 303 с.

47. Кукта Г.М. Технология переработки и приготовления кормов. М.: Колос, 1978. 240 с.

48. Кулаковский И.В., Кирпичников Ф.С. Машины и оборудование для обработки зерна и корнеклубнеплодов. М.: Россельхозиздат, 1986. 55 с.

49. Кулаковский И.В., Кирпичников Ф.С., Резник Е.И. Машины и оборудование для приготовления кормов. Справочник. М.: Россельхозиздат, 1987. 4.1. 285 с.

50. Куприц Я.Н. Физико-химические основы размола зерна. М.: Заготиздат, 1946.214 с.

51. Ластовцев A.M. О критерии эффективности процесса смешивания твердых тел /. Науч.-технич. информация: тез. докл. МИХМ. 1950.

52. Макаров И.В. Теория молотковой кормодробилки // Записки центральной научно-исследовательской лаборатории кормовой и комбикормовойпромышленности и Детскосельской зоотехнической лаборатории. 1936. Вып. 12.

53. Макаров Ю.И. Аппараты для смешивания сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. 216 с.

54. Машины и оборудование для АПК, выпускаемые в Северо-Восточном регионе Европейской части России / Каталог. М.: ФГНУ Росинформагротех, 2001. 148 с.

55. Мельников С.В. Влияние влажности зерна на показатели работы молотковых дробилок // Земледельческая механика: Сб. тр. М.: Сельхозиздат, 1961. Т.6. С. 372-380.

56. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос, 1980. 168 с.

57. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. Л.: Колос, 1978. 560 с.

58. Мельников С.В. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов. Л.: Агропромиздат, 1985. 640 с.

59. Методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве / А.Н. Никифоров и др. М.: ВИМ, 1995. 96 с.

60. Методическое пособие по определению энергозатрат при производстве продовольственных ресурсов и кормов для условий Северо-Востока европейской части Российской федерации / Ф.Ф. Мухамадьяров и др. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 1997. 62 с.

61. Механизация и технология производства продукции животноводства /В.Г. Коба и др. М.: Колос, 1999. 528 с.

62. Моделирование процесса смешивания с одновременным измельчением кормовых смесей / В.Г. Коротков и др. // Вестник ОГУ, 2004. № 5. С. 138.

63. Мохнаткин В.Г. Обоснование эффективности двухстадийного измельчения зерна в молотковых дробилках // Механизация процессов в животноводстве и кормопроизводстве: Сб. науч. тр. Пермь, 1983. С. 26-29.

64. Нагиев М.Ф. Теоретические основы рециркуляционных процессов химии. М.: Химия, 1962. 332 с.

65. Нагорский И.С., Бохан Н.И. Экспериментальное исследование дозирования кормовых материалов лопастным и транспортерными питателями / Труды ЦНИИМЭСХ Черноземной зоны СССР. Минск, 1967. T.V. Вып. 2.

66. Наумов И.А. О механических свойствах зерна при сдвиге // Исследования в области физико-механических свойств зерна и подготовки его к помолу: Тр. МТИПП, М., 1957. Вып. 9. С. 10 18.

67. Наумов И.А. Об упругости и жёсткости оболочек зерна пшеницы // Исследования в области физико-механических свойств зерна и подготовки его к помолу: Тр. МТИПП, М., 1957. Вып. 9. С. 36-43.

68. Новобранцев Ф.К. Экспериментально теоретические исследования смесителя кормов: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М., 1955. 16 с.

69. Оборудование для комбикормового производства // Комбикорма. 2005. № 8. С. 32-33.

70. Орлов Е., Сурков К. Блочно модульный комбикормовый агрегат // Комбикорма. 2001. № 3. С. 29.

71. Орлов С.П. Дозирующие устройства. М.: Машиностроение, 1966. 388 с.

72. Основы научных исследований: Учебное пособие / B.C. Кравченко и др. КубГАУ. Краснодар, 2005. 136 с.

73. Палкин Г.Г. Технические средства для производства комбикормов непосредственно в хозяйствах // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1993. № 7. С. 17-19.

74. Пат. 2052290 cl, МКИ6 В02 С 13/16. Вертикальная дробилка для кормов / Хитов А.А. и др. 5 с.

75. Пат. 2281803 РФ, МПК7 В 01 F 15/04, G 01 F 11/00, G 01 F 13/00. Дозатор сыпучих материалов / Н.Ф. Баранов, B.C. Фуфачев. 4 с.

76. Пахомов В. Проектирование внутрихозяйственных комбикормовых предприятий // Комбикорма. 2005. №2. С. 35-36.

77. Петровский А.Ф., Торесинский Г., Ермилов Н. Дозирование составных частей комбикормов. // Мукомольная и элеваторная промышленность. 1956. № 8.

78. Платонов В.В. К вопросу дозированной раздачи концентрированных кормов на фермах крупного рогатого скота. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1965. 136 с.

79. Платонов П.М., Банит Е.А. Мукомольная и элеваторная промышленность. 1958. № 8 С. 23-25.

80. Попов Ю. Испытание объемного дозатора // Комбикорма. 1999. № 4. С. 17.

81. Постнов В.А. Хархурим И.Я. Метод поточных элементов в расчетах судовых конструкций . Л.: Судостроение, 1974. 344 с.

82. Поярков М.С. Совершенствование рабочего процесса молотковых дробилок с жалюзийным сепаратором при одно- и двухступенчатом измельчении зерна. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киров, 2001. 253 с.

83. Раскатова Е.А. Исследования процесса образования сыпучих смесей в кормоприготовлении и его механизации: Автореферат. Дисс.канд.техн.наук. М., 1956. 15 с.

84. Рогинский Г.А. Дозирование сыпучих материалов: под ред. Б.И. Мордковича. М.: Химия, 1978. 173 с.

85. Рудич JL, Рыжов С. Оборудование для производства комбикормов в хозяйствах//Комбикорма. 1999. №5. С. 12-14.

86. Рыжов С. Новые разработки по приготовлению комбикормов и кормовых смесей в хозяйствах // Комбикорма. 2000. № 7. С. 22-24.

87. Савиных П. А. Повышение эффективности функционирования технологических линий приготовления и раздачи кормов путем совершенствования процессов и средств механизации: Дисс.д-ра техн. наук. Д.: Пушкин, 2000. 509 с.

88. Соминич Н.Г. Механизация животноводческих ферм. M.-JL: Сельхозгиз, 1957. С. 276-303.

89. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками: пер. с польск. под ред. ЩуплякаИ.А. «Химия», 1975. 384 с.

90. Стукалин Ф.Г. Исследование кормосмесителей непрерывного действия и методика их расчета: Автореф.дисс.канд.техн.наук. JI.-Пушкин: ЛСХИ, 1963. 21с.

91. Сыроватка В.И., Карташов С.Г. Производство комбикормов в хозяйствах. М.: Росагропромиздат, 1991. 40 с.

92. Сыроватка В.И. Теоретические аспекты производства комбикормов в животноводстве // Энергосберегающие технологии и технические средства механизации животноводства Северо Востока России: Сб. тр. науч. - практ. конф. НИИСХ Северо-Востока, 1999. С. 14-24.

93. Технологические линии и оборудование для приготовления кормов в хозяйствах. Каталог. Москва 1993.

94. Технологическое оборудование фирмы SKIOLD // Комбикорма. 2003. № 1.С. 31-32.

95. Технология переработки зерна. Под ред. Г.А. Егорова. М.: Колос, 1977. 376 с.

96. Товароведение зерна и продуктов его переработки. Под ред. JI.A. Трисвятского. Изд 3-е перераб и доп. М.: Колос, 1978. 496 с.

97. Трутнев Н.В. Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров устройства для дозированной выдачи комбикорма коровам. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пермь, 2004. 184 с.

98. Устюгов С.Ю. Обоснование основных параметров и режимов работы малогабаритного комбикормового агрегата. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киров, 2005. 170 с.

99. Федоренко И.Я. Золотарев С.В. Переработка сельскохозяйственного сырья на малогабаритном оборудовании: Учебн. пособие. Барнаул: Изд-во АГАУ, 1998.317 с.

100. Федоренко И.Я. Технологические процессы и оборудование для приготовления кормов. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2004. 180 с.

101. Филинков А.С. Повышение эффективности одно- и двухступенчатых дробилок зерна за счет совершенствования конструктивно-технологических схем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киров, 2002. 226 с.

102. Фуфачев B.C. Обзор технологических схем и направлений развития комбикормовых агрегатов // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Межвуз. сб. науч. тр. Киров: Вятская ГСХА, 2004. Вып. 4. С. 219-222.

103. Хусид С.Д. Измельчение зерна на молотковых мельницах. М.: Заготиздат., 1947. 128 с.

104. Хусид С.Д. Измельчение зерна. М.: Хлебоиздат., 1958. 248 с.

105. Чемлева Т.А., Микешина Н.Г. Применение симплекс-решетчатого планирования при исследовании диаграммы состав-свойство // Новые идеи в планировании эксперимента. М.: Наука, 1969. С. 191-208.

106. Черняев Н.П. Технология комбикормового производства. М.: Россельхозиздат., 1992.

107. Яковчик Н., Палкин Г. Миникомбикормоцех на шасси автомобиля // Комбикорма. 1999. № 7. С. 21-22.

108. Calm D.S., Healy W., Fuertenau D.W. Blender geometry in the mixing ofsolids. Industrial Engineering Chemistry. Process Desing and Development. 1965, 4, №3,c. 319-322.

109. King Y.T. Practical mixing problems. Industrial Chemist. 1964, 40, № 1, c. 20-24.