автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров центробежного смесителя кормовых материалов

{' . ^ л г,

На правах рукописи

САЛОМАТИН ГРИГОРИИ ГРИГОРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРОБЕЖНОГО СМЕСИТЕЛЯ КОРМОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 1996

Диссертационная работа выполнены в Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии.

Научные руководители: действительный член Академии аграрного образования, доктор политических наук, кандидат технических наук, профессор И.П.Рыбкин; член-корреспондент Академии естествознания, лауреат Государственной премии, заслуженный изобретатель Российской Федерации, доктор технических наук, профессор В.И.Пындак.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В.А.Богомягких; кандидат технических наук, стармий научный сотрудник В.Ф.Хлыстунов.

Ведущая организация - Севврокавказская машиноиспытательная станция.

Защита состоится 21 июня 1996 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета К.120.13.01 при Азово-Черно-ыорской государственной агроинженерной академии по адресу: 347720 г.Зерноград Ростовской области, ул.Ленина, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АЧГАА.

Автореферат разослан " ^" /¿¿¡Я ¡996 г#

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук,

доцент М.А.Юндин

ОЩАЯ ХАРАКТЕШСГИКА РАБОТУ

Актуальность теки. Увеличение производства продукции животноводство возможно при обеспечении полноценного кормления сельскохозяйственных животных и птицы. Особое внимание должно быть обращено на организацию правильного использования концентрированных кормов.

Необходимо добиваться использования всего зернофуража только а подготовленном и сбаланс • званном по питательности виде (в составе полнорационных комбикормов), систематически уменьшать удельный вес его в комбикормах, не допуская снижения их качество. Использование комбикормов высокого качества позволяет почти а два раза снизить затраты и себестоимость единицы животноводческой продукции.

Успешно справиться с решением донной проблемы невозможно без наличия кормоцехов, оснаценкт.'х современными высокоэффективгя ш машинами и оборудованием. Это в первую очередь относится к смесителям, ток как качество комбикорма, в конечном счете, запнеит от операции смешивания.

Используете в кормоприготоплении лопастные, вертикально-шнековые и барабанные смесители в должной мере не соответствуют предъявляем»« к ним требованиям, так как они имеют небольшой коэффициент заполнения, тихоходны, металлоемки. Все ото приводит к тому, что степень неоднородности смеси составляет от 1?. до 20л.

Указанные недостатки можно устранить заменой существупцих смесителе!! на более совершен!те, в частности не центробежный каскадный смеситель.

Цель исследования: Разработка конструктивной схемы, обоснование параметров и режимов работы центробежного смесителя,, позволяющего интенсифицировать процесс смешивания и улучшить качество смесей.

Объект исследования: Экспериментально-производственный смеситель кормов непрерывного действия, его сменные рабочие органы, исходные кормовые компоненты и кормосмеси, производственны'! дозатор тарельчатого типа, смесители в составе технологических лини:', по приготовлению комбикормов и минеральных брикетов.

■Методика исследований. Для проверки основных теоретически*, положений и обоснования конструктивно-режимных параметров центробежного смесителя проводились экспериментальные исследования, при

о

оч'ом основными оценочными по метелями были приняты качество получаемой смеси и подача смесителя.

Экспериментальные исследования, проведенные с применением скоростной киносъемки, позволили установить как действительную траекторию движения отдельных частиц, так и характер их однослойного движения в центробежном смесителе в зависимости от различных кинематических и конструктивных параметров.

Обработку результатов опытных данных проводили методами математической статистики с применением вычислительной техники.

Научная новизна. Обоснована перспективная конструктивно-технологическая схема каскадного смесителя порошкообразных материалов, центробежного типа и непрерывного действия, новизна которой подтверждена авторским свидетельством 1546120. Разработана-математическая модель движения частицы и изучен рабочий процесс приготовления смесей, что позволяет регулировать длительность процесса в требуемых пределах и решать задачи оптимизации по заданной целевой функции.

Практическая ценность. Разработан центробежный каскадный смеситель непрерывного действия, позволяющий улучшить качественные показатели приготавливаемых комбикормов и более аффективно использовать концентрированные корма в рационах сельскохозяйственных животных и птицы по сравнению с существующими техническими решениями.

Реализация результатов исследования. Разработаны и внедрены технологические линии с применением центробежных смесителей на предприятиях Волгоградской области: в АО "Птицефабрика им. 62-й армии" - по обогащению комбикормов микродобавками непосредственно перед скармливанием; в ТОО "Городищенское" - для приготовления полноценных кормосмесей для свиней; в Ленинской агропроыхимии -для получения комбинированных минеральных брикетов для овец и крупного рогатого скота; в племптицесовхоза "Ерзовский".

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии в 1980-1993 гг., Челябинского государственного агроинженерного университета в 1979 г., производственно-технических советах предприятий, внедривших смесители. В полном объеме диссертация рассмотрена на научно-теоретическом семинаре по механизации сельского хозяйства Волгоградской ГСХА (199Ь г.).

Публикация. По теме диссертации опубликовано II научных работ, включая авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 183 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 63 рисунка, 7 приложений. Список использованной литературы включает 175 наименований, в том числе II - на иностранных языках.

СОДЕБКАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое обоснование актуальности работы и ее аннотацию.

В первой главе "Состояние вопросе, цель и задачи исследования" показана эффективность сбалансированного и нормированного способа кормления животных в виде полнорационных комбикормов.

В смесителях, применяемых для выработки комбикормов, процесс смешивания происходит на уровне макрообъемов, т.е. перемещения скользящих плоскостей внутри массы, что не дает, качественной смеси на уровне микрообъемов при обогащении комбикормов микроэлементами.

Промышленностью выпускаются в основном смесители лопастного, шнеконого типов, которые имеет повышенные удельные металлоемкость и энергоемкость и не обеспечивают качественное смешивание, большинство конструкций периодического действия.

Разработанная классификация и анализ существующих смесителей позволили выявить перспективное направление в разработке и создании этих машин.

Проведен обзор и анализ исследований процесса смешивания Материалов устройствами различных типов. Данному вопросу большое внимание уделяли в своих работах Ф.К.Новобранцев, Е.А.Раскатовп, А.М.Ластовцев, A.M.Хвальнов, Г.М.Кукта, Ю.И.Макаров, Н.Г.Шпагин, Л.И.Штельмах, В.М.Шевандина, Ф.Г.Стукалин, А.Д.Селезнев, К.П.Сеа-ров, Н.А.Сидоров, В.Э.Перельман, О.Б.Пашевкин, Н.И.Кулешов, Б.А. Комаров, Е.М.Клычев, Л.М.Куцын, Г.Ф.Иванов, Я.М.Кислин, О.И.Вутть, А.П.Жарковский и ряд других авторов. Данные их исследований были направлены на усовершенствование конструктивно-кинематических параметров смесителей, что позволило определить основные факторы, влияющие на выбор смесителя.

Исходя из изложенного в соответствии с поставленной целью

сформулированы следующие задачи исследований:

1) изучить основные свойств« компонентой комбикормов, работу дозаторов и смесителей для их приготовления;

2) разработать перспективный каскадный смеситель сыпучих кормовых материалов центробежного типа и непрерывного действия с возможностью его применения и составе технологических линий;

3) разработать математическую модель движения частицы в смесителе и установить основные зависимости между конструктивно-кинематическими параметрами смесителя;

4) провести экспериментальные исследования смесителя с различными рабочими органами и определить его оптимальные параметры по критериям качества смешивания и сглаживающей способности;

5) провести хозяйственные испытания и внедрить смесители в составе технологических линий по приготовлению комбикормов и минеральных брикетов.

Во второй главе "Теоретические исследования процесса смешивания кормов центробежными смесителями" представлены принципиальная схема смесителя порошкообразных материалов центробежного типа непрерывного действия, теоретические исследования по определению "угла наклона образующей конуса к основанию и математическая (динамическая) модель движения частицы в смесителе.

и*

Рис Л. Принципиальная схема смесителя центробежного типа и непрерывного действия

Принцип действия смесителя (рис.I) заключается в дозированной подаче компонентов на основание ротора. При его вращении компоненты, последовательно перемещаясь по внутренним поверхностям конусов, тщательно перемешиваются и при помощи лопастей через выгрузной патрубок покидают смеситель.

Технологический процесс смешивания компонентов предусматривает, что углы наклона образующих конусов к основанию предусматривают следующую зависимость: <£'/<*£

Согласно рабочей гипотезе процесс смешивания необходимо рассматривать как процесс, состоящий из:

1) дозированной подачи компонентов;

2) внедрения одного компонента в состав другого, т.е. собственно процесса смешивания;

3) транспортировка (удаление) сметанного продукта из рабочей зоны смесителя.

Все части между собой взаимно увязываются и составляют единую систему, исключение из которой, а также нарушение одной или нескольких частей может нарушить весь процесс смешивания, что, в конечном итоге, приведет к некачественному смешиванию или уменьшению подачи агрегата.

Исходя из рабочей гипотезы непрерывного смешивания, как процесса, состоящего из трех составных частей, где транспортировка (удаление) смешанного продукта из рабочей зоны смесителя является завершающим этапом, от которого зависит качество готового продукта и подача смесителя, в предложенном центробежном смесителе удаление готового продукта происходит под действием центробежных сил инерции, зависящих от многих факторов и, в первую очередь, от угла наклона образующей конуса к основанию.

Для получения необходимых конструктивных параметров рабочего органа смесителя, выполненного в виде концентрично расположенных полых усеченных конусов, прикрепленных к основанию ротора, определяется наименьший угол, при котором обеспечивается движение смешиваемых компонентов по внутренней поверхности ротора под де1-ствием центробежных сил инерции.

Рассмотрим материальную точку массой т , которая движется по вращающейся с постоянной угловой скоростью конусообразной поверхности вокруг вертикальной оси (рис.2).

ее по конической поверхности ротора смесителя

На частицу массы m дейетауют следующие силы: сила тяжести тд ; сила трения F1? ; центробежная сила C=mRwz ; нормальная реакция со стороны конуса А/.

Раскладывая силы S и О , действующие на частицы в направлении движения и по двум взаимно перпендикулярным осям, получим

^ = S s/noc' = m g since' -, Nq = G cosы' « mg cas oc1 -, ^

Тс = С cas cl'-m Rwîcosa'i Nc - С sin oC ~ m sin л'.

Частица прижимается к конической поверхности силой :

N- /Yfi *■ Nc = G cosa'-h С sin oí'. (2)

Движению частицы по конусу вверх препятствует сила трения

frTp*f(Ns + Nc)=t(Gto&cL'+ Cslnat!),- О)

где f- коэффициент трения материала по конусу.

Движущая сила Тс , направленная по образующей конуса, -Тс - С cosa = mR tu2 cos(4)

Для движения частицы под действием касательной составляющей центробежной силы необходимо, чтобы выполнялось следующее условие:

Tc'fb-Frp>0

или

mRív 1 (cosa'- fsinofl-mg (slna'+ fcosa') >0 (5)

После деления уравнения (5) на S cosd и соответствующих преобразований получим формулу для определения наименьшего угла наклона образующей конуса к основанию, при котором обеспечивается движение частицы по внутренней поверхности ротора под действием центробежных сил инерции:

tga £(s¿*-f)/(eMut)t (6)

¡ У

где tu - угловая скорость ротора, с"*; R - начальный радиус ротора, м; д - ускорение свободного падения, м/сек^.

Рассматривается также математическая (динамическая) модель движения частицы в смесителе, выполненном в виде усеченного конуса, который вращается вокруг своей геометрической оси с постоянной угловой скоростью си . Абсолютное движение частицы в смесителе является составным (сложным) и включает переносное движение вместе со смесителем и относительное движение частицы относительно самого смесителя- При кинематическом анализе вводится повсеместно встречающееся допущение, что движение частицы является безотрывным по отношению к смесителю.

Для однозначного определения положения частицы относительно смесителя необходимо знать два независимых параметра, т.е. число степеней свободы равно двум. В данной работе предлагается принять две независимые обобщенные координаты, смещение частицы вдоль образующей смесителя <j и полярный угол текущего положения частицы относительно смесителя tp (рис.3).

Рис.3. Независимые обобщенные координаты движения частицы в смесителе, где ш - постоянная угловая скорость смесителя;

Охуг - абсолютная (неподвижная) система декартовых координат, связанная с основанием ротора;

- начальное положение частицы;

М - текущее положение частицы;

Ч> - полярный угол текущего положения частицы относительно смесителя, т.е. относительный полярный угол; lvt+f - полярный угол текущего положения частицы относительно основания ротора, т.е. абсолютный полярный угол; Ох,У/1,- подвижная система декартовых координат, связана со смесителем;

1 - радиус днища смесителя;

- половина угла конуса при вершине;

¡> = 1+Зб1п&- радиус текущего положения частицы в плоскости днища смесителя;

(з ~ смещение частицы вдоль образующей смесителя.

Дифференциальные уравнения движения частицы в форме уравнений Лагранжа второго рода имеют следующий исходный обобщенный вид:

d / дТ \ дТ fío fí t н

d ,аТ\ дТ О f п н It ЩГЩ = + ,

где Т - кинетическая энергия частицы в ее абсолютном движении;

п f U О f Ц.

Q¿, Qgi 0.(5 , Q<(>, Qtp , Q</> - обобщенные силы по координатам es и f , которые соответственно определяются силами веса ( у ), сухого трения ( f ) и вязкого сопротивления ( М ).

Кинетическая энергия частицы в абсолютном движении определяется известным соотношением:

Т-Лф (х^у^гЧ, (9)

где m - массе частицы, а соотношения для абсолютных координат х . у . z вытекают из расчетной схемы рис.3:

x=(z + 6sfnd.) cos(wt + f) ; (Ю)

y=h + <ssin&) Sin ((!)t+y) \ z = tí eos oí..

Дифференцируя уравнения (10) по времени t с учетом переменности б" ! V .постоянства г ; ос ; ш • подставляя полученные производные в уравнение (9), и произведя необходимые преобразования, получим выражение для кинетической энергии частицы:

il+ уг='йгsin2oi* (%+<ssino/,)2 (w+ ф

i2+y2-i z2 =0"г+ (z+6'sinet,)2 (id )2

T~jm [óz->- h + tSstnA)2- (w+f)2] (II)

Обобщенные силы и Qy находятся через потенциальную энергию силы веса Пу , которая согласно расчетной схеме рис.3 выражается в виде:.

V7? = = ; (12)

Ц^-^-тдссва ; (13)

р- . (14)

3е /

Для нахождения обобщенных сил сухого трения 0.$ и Су> предварительно находится сила нормального давления N , для чего составляется уравнение равновесия частицы относительно смесителя вдоль нормали п к образующей поверхности смесителя согласно расчетной схеме рис.4.

Рис.4. Определение нормальной реакции, где N - нормальная реакция;

Р - сила веса частицы;

Рф - центробежная сила инерции;

составляющая силы инерции Кориолиса, которая определяется составляющей относительной скорости частицы, расположенной в плоскости, проходящей через чайтицу перпендикулярно оси 2 .

■ Записывая уравнение относительного равновесия частицы рис.4 с учетом знаков проекции сил Ñ . FKlp • и Р > получим величину нормальной реакции

А/=/лу sin л 4 rr>lz+6sina) ю2eos а + 2таи$ (utísina.) cosa (15)

и силы трения скольжения

F^fN (16)

Направление вектора Ггр будет противоположно вектору скорости относительного движения частицы ¿Ц , который можно разложить на две составляющие ¡$м и , соответственно введя две составляющие силы трения скольжения и , которые и оп-

ределяют обобщенные силы трения

Q^-Ffp "

= (l+ós/noO. (18)

. Сила вязкого сопротивления определяется через нормированный коэффициент сопротивления_ jn , массу частицы m и скорость ее относительного движения йг по известной формуле:

проекции Fj* на 6 и f дадут искомые обобщенные силы вязкого

cor ни

сопротивления и :

Q^-fmú^ , (20)

н

4v=-f<m$tf(x+<$ sinQL)=-nm (г+б sir>a)2y>. (2I>

Окончательно дифференциальные уравнения движения частицы имеют следующий вид:

s¡ncL)((£/ + <f)2s/n oí =-§COSóí -:/i<S- (22)

^ ¿[gsincc,+ fz+6si'na} uu2cosaí+ 2шф (г+б sin apeos«] / \¡ +(%+<$ sin

f*4>~

(2 3)

у [gsin а + (z+Gsina )шг cosa + 2шф (i-t-dsln а) cos а ]

Дифф е р а 1 ¡ц и а л ь н ы е уравнения движения частицы в центробежном смесителе даже в случае раздельного учета сил сухого трения и вязкого сопротивления не имеют аналитического решения. Поэтому для решения системы дифференциальных уравнений (22) и (23) применяются численные методы, позволяющие решать и задачу оптимизации параметров смесителя по принятой целевой функции.

Численное интегрирование нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка (22) и (23) по методу Рунге-Цутта требует в первую очередь преобразования зтой системы к системе уравнений первого порядка путем известного введения новых переменных и Особым в данной задаче является вопрос задания начальных

условий интегрирования. Для трех переменных величин б , ц и t^ начальные условия задаются с очевидностью: егд = 0 , Vo = 0. ^о - . О» Сложнее вопрос с заданием начального значения относительной угловой скорости частицы . Для нахождения и последующего задания

рассматривается отдельная более простая задача движения частицы на дне смесителя до ее выхода на образующую. Эта задача допускает аналитическое решение, которое дает значение (¿Аро=-0,Ъц>. Экспериментальные результаты данной работы с высокой степенью точности подтверждают этот вывод.

Численное интегрирование системы дифференциальных уравнений (2?., 23) было реализовано в стандартной системе Math САД типа

В результате численного интегрирования получены зависимости для обобщенных скоростей е" , у и обобщенных координат б , у? Как функций времени { при различных значениях угловой скорости смесителя ш , углов конуса при вершине 2а, коэффициента трения скольжения / и начальной относительной угловой скорости ш<р0 ~

1Ш ГС.

- -0,5 ш .

Необходимо заметить, что зависимости для обобщенных координат <j=cy(f); f =y>(f) позволяют найти относительную траекторию частицы в плане (вид сверху) в полярной системе координат путем построения радиуса текущего положения частицы а плоскости днище смесителя

f = 1 + 6 Sind. (24)

при соответствующих значениях угла у .

На рис.5 и б показаны расчетное относительные» траектории при соответствующих значениях w , ОС , f и Wtfo .

Из приведенных рисунков' видно, что длина траектории с увеличением коэффициента трения уменьшается, что позволяет регулировать время нахождения компонентов кормов в требуемых интервалах и тек самым влиять на подачу смесителя.

Рас.5. Расчетная относительная траектория частицы Ф = 40 с-1; ос = 35°; f= 0,05; »V = w

изложена программа экспериментальных исследований, описаны экспе^ риментальные установки, приведены методики поисковых и основных опытов и методы определения некоторых физико-механических свойст! компонентов.

Основными задачами экспериментальных исследований, прецусмо' ренных программой, явились определение некоторых физико-механиче ских свойств компонентов комбикормов, исследования работы цозато ров, характера движения частиц кормосмеси в центробежном смесите ле, сглаживающей способности смесителя, обоснование конструктив-но^режимных параметров и проверка теоретических предпосылок.

Исследования проводились на экспериментальной установке (рис.7). Предлагаемый смеситель состоит из корцуса I, закрепленного на раме 2. Внутри корпуса расположен ротор, выполненный в виде концентрично расположенных полых усеченных конусов - внутре, него 3, последующего 4 и внешнего 5, прикрепленных к основанию ротора.

\

Рис.?. Конструктивная схема центробежного смесителя:

I - корпус; 2 - рвма;

3 - внутренний конус;

4 - последующий конус;

5 - внешний конус;

6 - вал: 7 и 8 - подшипники; 9 - клиноременная передача; 10 - электродвигатель; II - выгрузной патрубок; 12 - лопасти; 13 - крышка; 14 - загрузочная течка; 15 - штуцеры

Высота конусов и угол наклона их образующих к основанию ротора увеличиваются от центральной части ротора к его периферии. Ротор закреплен на валу б, установленном в подшипниках 7 и 8. Вал через клиноременную передачу 9 приводится во вращение электродвигателем 10. Компоненты смеси, перемещаясь последовательно по поверхностям конусов, интенсивно перемешиваются. На интенсивность перемешивания влияют величины углов ос . Готовая смесь поступает на днище корпуса к лопастям 12 и выгружается через патрубок II из смесителя.

С целью определения наиболее эффективной конструкции проводили сравнительные испытания различных рабочих органов, которые имели разное количество конусов, различную высоту и угол наклона образующей к основанию конуса (рис.8).

В качестве предмета исследования были взяты двухкомпонентные смеси, состоящие из соли и речного песка - для поисковых опытов и зерновой дерти и индикатора - для основных.

Рис.8, Схемы центробежных рабочих органов

Определение физико-механических свойств компонентов проводили по известным методикам, при исследовании характера движения частиц в центробежном смесителе'применялась скоростная киносъемка

Для исследования сглаживающей способности смесителя была изготовлена экспериментальная установка, контрольный компонент во входном потоке подавался по закону "прямоугольной волны". Учитывая входные колебания концентраций контрольного компонента и передаточную функцию смесителя на выходе из смесителя определяли колебания концентрации контрольного компонента.

Качество смешивания определяли методом контрольных проб и оценивали показателем однородности смеси. Контрольным компонентом служил сернокислый цинк.

В четвертой главе "Результаты экспериментальных исследований приведены данные определения качества смешивания в зависимости от конструктивных, кинематических, технологических параметров и физи ко-механических свойств компонентов.

Анализируя результаты исследования, отмечаем, что при использовании рабочих органов, выполненных в виде концентрично расположенных полых усечаы.ыс конусов (b.c. I546I20), степень оцноро и.ос-тя достигает 9d-99% и соответствует зоотехническим норма?.» (ротор № 2, 7, И, 14). Роторы № 12 и 13 выполнены с производными углами между образующими, больше и меньше оптимальных, и степень однородности значительно худе (рис.9 и 10).

Рис.9. Зависимость качества смеси от угловой скорости ротора:

I - ротор №12; 2 - ротор №2; 3 - ротор №11

РисЛО. Зависимость качество смеси от угловой скорости ротора :

I - ротор №13; 2 - ротор 3 - ротор №14

Экспериментальные исследования по определению влияния кинематических параметров на качество смешивания проводились параллельно с опытами по изучении влияния конструктивных параметров на тех же рабочих органах. Из приведенных графиков видно, что по мере увеличения угловой скорости ротора от 30 с-'"' качество смеси существенно возрастает и при а> = 40 оно становится максимальным. Дальнейшее увеличение скорости ведет к снижению качества смеси.

юо1

Исследование качества сыеси в зависимости от количественного соотнопения компонентов проводили на двухкомпонентных смесях, и основной целью опытов было выяснение того, как изменяется степень однородности в соответствии с количественными соотношениями компонентов. Последние были в пределах от 1:2 до 1:30. По программе исследований проводили опыты по определению зависимости качества смеси от подачи смесителя 150, 170, 210 кг/ч. С увеличением подачи степень однородности повышается.

Экспериментальные исследования, проведенные с применением скоростной киносъемки, позволили установить действительную траекторию движения частиц в зависимости от различных кинематических и конструктивных параметров, в также подтвердить теоретические предпосылки, положенные в основу конструкции каскадного центробежного смесителя.

На основе дешифровки кинограмм получены траектории движения частиц. На рис,II представлены теоретическая (I) и экспериментальные (2) траектории частиц при угловой скорости 40с~* (ротор {? 3).

Хорошее совпадение траекторий говорит об адекватности математической модели движения частицы в смесителе и экспериментальных результатов.

Некоторое расхождение расчетных и экспериментальных зависимостей можно объяснить, в первую очередь, возможным невыполнением э соответствующие интерзалы времени допущения о безотрывном, от поверхности смесителя, движением частицы. Однако при рассмотрении потока частиц допущение о его безотрывном характере с большой достоверностью будет выполняться, а погрешности трофического дифференцирования можно снивелировать путем еглаяиэания экспериментальных кривых по методу наименьших квадратов.

Нэ рис.12 дана траектория движения частицы при угловой ско-

Рис.12. Траектория движения частицы при угловой скорости 40с~*. Ротор 2* 7

В практике бызавт случаи, что конструкция смесителя может обеспечить необходимое качество смеси, э то же время не производит надлежащего снижения максимальных отклонений концентраций контрольного компонента, из-за чего приготовленную смесь бракуют. Чтобы знать, насколько эти максимальные отклонения уменьшатся после прохождения смешиваемого материала через смеситель, необходимо иметь сведения о сглаживающей способности последнего.

рости 40с""* (ротор № 7)

Для этой цели была изготовлена экспериментальная установка и проведены0опыты, в .которых контрольный компонент подавался в смеситель по закону "прямоугольной волны" с периодом Т = 4 с.

На рис.13 даны графики входных колебаний концентрации контрольного компонента (I), границы колебаний концентрации контрольного компонента на выходе из смесителя (пунктирными линиями).

В виде точек даны результаты экспериментального определения концентрации контрольного компонента в анализируемых-пробах, взя тых из потока смешанных компонентов, покидающего смеситель (2).

Рис.13. Графики входных (I) и выходных (2) колебаний концентрации контрольного компонента

В пятой главе "Промышленные образцы смесителей и их технико-экономическая эффективность" приведены схемы и даны описания конструкции центробежных смесителей, производственные испытания которых проводились на приготовлении комбикормов и кормовых смесей для птицы и свиней, соответствующих принятому рациону кормления, а также солеминеральных брикетов в разработанном кормоцехе.

Получение солеминеральных брикетов в предлагаемом кормоцехе реализуется суммой 4-х поточных линий: поваренной соли; диаммони! фосфата; смеси хлористого кобальта, сернокислой меди и йодистого калия; смеси преципитата, цинка сернокислого, марганца сернокисл( . го.

После дозирования все компоненты подаются в разработанный ц< тробежный смеситель, где они тщательно перемешиваются и поступаю-в пресс ЕО-234, который имеет сменные матрицы, от чего зависит пс дача как самого пресса, так и всего кормоцеха.

В связи с этим весьма ваяно при изменении подачи сохранить одинаковое процентное соотношение компонентов, входящих в р^п-ип-рациона брикета.

При переналадке поточных линий для конкретной подачи (кг/с) разработана соответствующая номограмма, для построения которой выбрали способ совмещения двух бинарных шкал.

При этом способе один из параметров во всех расчетных уравнениях должен быть общим. В нашем случае это время, в точение которого видается по всем линиям требуемое количество компонентов с помощью барабанного дозатора - соли и диамоний фосфата; тарельчатого дозатора - калия йодистого, кобальта хлористого, меди сернокислой; шнекового дозатора - преципитата, цинка и марганца сернокислых.

Исходя из этого, запишем уравнения подачи дозаторов в следующем виде:

0.123 -су, _ 6 2■/■>2-аг • ш2 _

На ~ : Щ " ~

= 9.в-л-ь2.щ3-р3 г _/?_\

С учетом постоянства: ГМ и </ - диаметров шнека и зала; иага шнека; р, , р2 и - плотности материалов; , <хг и а3 - коэффициентов заполнения; у - угла естественного откоса;

Я - радиуса тарели, после необходимых преобразований получим исходные уравнения для вычисления и построения номограммы (рие.14). 0-26 а) п _ 0-75 иис _ а. 49 (а9 _ шнг /йз + ь \

Чп ~ 0-с Я9 ~ в (г '

где фп - угловая скорость онека с"'1; подача шнекового до-

затора; шс - угловая скорость дозатора соли; Цс- подача барабанного дозатора соли; Шд - угловая скорость дозатора дламония фосфата; Чд- подача барабанного дозатора диаыония фосфата; Ь - высота поднятия манаэты, м; Я ~ подача тарельчатого дозатора; - подача првсс-Срикетировщика, т/ч. Экономическуи а^фективкость разработанного смесителя, применявшегося в кормоцехе пл еипт кц е с о в хо з а "Ерзозский" определяли з сравнении с этим показателем смесителя С-12 в линии приготовления и доработки комбикормов. Она составила 1073 рубля (в ценах 1991 г.).

Опт! г

QJ кг/с'Ю

Рис.14. Номограмма согласования работы кормоцеха

ОНЦИЕ ВЫВОДЫ

I. Выпускаемые промышленностью смесители для приготовления рассыпных комбикормов лопастного, шнекового и барабанного типов используют принцип сил тяжести, имеют повышенные удельную метал лоемкость и энергоемкость, не обеспечивают качественное смешиве иие, большинство их конструкций периодического действия, что за тру.днлет поточность производства.

2. Разработан каскадный смеситель кормовых материалов цен?-юбежного типа и непрерывного действия, который обеспечивает од» юродную смесь компонентов рассыпных комбикормов и может исполь-юваться в составе технологических линий для приготовления кормов ! комбинированных минеральных брикетов.

3. Для получения однородной смеси н предложенном смесители ^пользуется поле центробежных сил, которое более эффективно по сравнению с полем силы тяжести, при этом приготовление комбикормом трактуется как процесс, включающий а себя: дозированную подачу компонентов; внедрение одного компонента в состав другого (собственно процесс смешивания); транспортировку (удаление) готового продукта из рабочей зоны смесителя.

4. Разработана математическая модель пространственного движения частицы а смесителе в форме уравнений Лагранжа второго рода, обобщенными координатами которых являются смещение частицы вдоль . образующей конуса и полярный угол положения частицы, что позволяет решать задачи оптимизации центробежных смесителей по заданной целевой функции.

5. Определено влияние на процесс смешивания комбикормов конструктивно-технологических параметров и режимов работы смесителя, которые имеют следующие оптимальные значения: число конусов з роторе 2-3; общая рабочая длина образующих конусов 100-150 мм; угловая скорость ротора 35-45 с~; угол ыеяду образующими конусов -внутренний 80°, последующий 75°, внешний 70°.

6. Центробежный смеситель обладает сглаживающей способностью, о чем можно судить по степени равномерного распределения контрольного компонента в готовой смеси; за счет изменения шага спирали

на последующем и внешен конусах смеситель позволяет регулировать длительность процесса а требуемых пределах.

7. С помощью скоростной киносъемки установлена действительная траектория движения отдельных частиц и характер их однослойного движения в смесителе в зависимости от различных кинематических и конструктивных параметров, при этом расчетная траектория движения частицы хорошо совпадает с действительной.

8. Разработана номограмма, с помощью которой проводится согласование основных параметров смесителя с режимами работы дозаторов и подачей технологических линий по производству комбинированных минеральных брикетов.

9. Ведомственные испытания экспериментального смесителя в составе технологических линий по приготовлению комбикормов и номби-

ниропанных минеральных брикетов выявили высокие технико-экономиче ские и зоотехнические 'показатели смесителя и подтвердили результа ты исследований по выбору его параметров.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Рыбкин И.П., Саломатин Г.Г. Исследование технологических характеристик компонентов комбикормов и дозаторов // Степные просторы,- 1986.- $ 9.- С.45.

2. Исследование и внедрение поточной линии для приготовлениг комбинированных минеральных брикетов: Отчет о НИР, ЙТ0187006П6] Инв. № 02870059188 / Волгоградский СХИ.- Волгоград, 1935.- 42 с.

3. Чичиков Г.И., Гудков A.A., Саломатин Г.Г. Сравнительная оценка надежности оборудования кормоцехов // Сб. науч. тр. / Волгоградский СХИ.- Волгоград, 1987.- C.I25-I3I.

4. Исследование и внедрение поточной линии для приготовленш комбинированных брикетов: Отчет о НИР, № FP 01870061161; Инв. Jf-02860055660 / Волгоградский СХИ.- Волгоград, 1988,- 45 с.

5. Саломатин Г.Г. Центробежный смеситель порошкообразных материалов // Информ. листок / Волгоградский ЩГИ.- 1989.405-09, - 4 с.

6. Саломатин Г.Г, Интенсификация процесса смешивания кормоп // Сб. науч. тр. / Волгоградский СХИ.- Волгоград, 1990.- С.84-89,

7. A.c. 1546120 СССР, Ш B0I 7/26.■ Центробежный смеситель поропкообраэных материалов / Саломатин Г.Г.- Заявлено 07.02.68; » 43377628. Опубликовано 28.02.90.- Бюп. Jf 8.

В. Саломатин Г.Г. Совершенствование качественных показателе! кормоприготовительного агрегата // Сб. науч. тр. / Волгоградский СХИ.- Волгоград, 1991,- С.59-64.

9. Саломатин Г.Г. Улучшение качественных характеристик смес1 теля комбикормов // Сб. науч. тр. / Волгоградский СХИ,- Волгогра; 1992.- С.105-109.

10. Саломатин Г.Г. Пути совершенствования кормоприготовитеЛ' ного агрегата // Совершенствование научного обеспечения и подготовки кадров для агропромышленного производства Волгоградской об-•лпсти / Волгоградский СХИ.- Волгоград, 1993,- С.239-241.

11. Лындак В.И., Саломатин Г.Г. Центробежный смеситель кормовых материалов // Информ. листок / Волгоградский ЦНТИ.- 1995.-№ 395-95.- 4 с.

№ 020763 24.03.93. Подписано в печать 26.04.96. Тираж 100. Заказ 3. Пэчат. лист I. 400062, Р.Волгоград ул.Краснопресненская, 39. Печагно-множитвльный участок

вшшши.