автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка конструкции и совершенствование рабочего процесса смесителя-запарника полужидких кормов с горизонтальной мешалкой

На правах рукописи

I

(

ЛУШНОВ Максим Александрович

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СМЕСИТЕЛЯ-ЗАПАРНИКА ПОЛУЖИДКИХ КОРМОВ С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ МЕШАЛКОЙ

Специальность 05.20.01 — Технологии и средства механизации сельского хозяйства

4 ДЕК 2014

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 2014

Уфа-2014

005556353

005556353

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) «Казанский государственный аграрный университет» на кафедре машин и оборудования в агробизнесе

Научный руководитель:

Рудаков Александр Иванович

доктор технических наук, профессор, Заслуженный работник сельского хозяйства РТ

Официальные оппоненты:

Баранов Николай Федотович доктор технических наук, профессор, профессор кафедры эксплуатации и ремонта машинно- тракторного парка ФГБОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия»

Чупшев Алексей Владимирович

кандидат технических наук, доцент кафедры технического сервиса машин ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

Ведущая организация -

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА)

Защита состоится 25 декабря 2014 года в 1500 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.003.04 при ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ по адресу: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34, ауд. 259/3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ

Автореферат разослан ^ 2014 года

Ученый секретарь

диссертационного совета ----й /

доктор технических наук, профессор Ч^Дс,.__С.Г. Мударисов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Смешиваемые среды и полученная смесь могут находиться, как в одинаковых фазах (равнофазное состояние), так и в различных фазах (разнофазное состояние).

С целью улучшения вкусовых и питательных свойств кормосмеси, а также уничтожения болезнетворных бактерий применяется тепловая обработка кормосмеси паром.

Учитывая высокую энергетическую и экономическую эффективность машин и технологических линий механизации кормоприготовления и кормозапари-вания, разработанных с использованием методов оптимизации, следует считать определение параметров, технологических и технических характеристик с их помощью, а также создание машин и устройств для приготовления полужидких кормосмесей, путем смешивания и нагрева водяным паром, актуальной и важной народнохозяйственной проблемой.

На кафедре машин и оборудования в агробизнесе ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет» разработана, изготовлена и исследована экспериментальная установка для смешивания и теплового воздействия на кормосмеси с помощью горизонтальной мешалки, обладающей рядом преимуществ по сравнению с серийными смесителями-запарниками.

Цель работы. Повышение эффективности приготовления полужидких кормосмесей в смесителе-запарнике за счет увеличения его производительности и снижения энергозатрат.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработать принципы классификации и провести морфологический анализ процессов приготовления полужидких кормосмесей;

- разработать математические модели гидродинамических и тепловых процессов при смешивании полужидких кормосмесей;

- провести экспериментальные исследования гидродинамических и тепловых параметров при смешивании полужидких кормосмесей;

- провести энергетическую и технико-экономическую оценку смесителя-запарника.

Объект исследования. Смеситель-запарник периодического действия.

Предмет исследования. Закономерности рабочего процесса горизонтального пропеллерного смесителя-запарника.

Методы исследования. При исследовании и обосновании параметров и режимов работы применялись теоретические основы процесса смешивания, теплотехники, основные законы классической гидромеханики и методы физического и математического моделирования. Экспериментальные исследования проводились на специальной установке с использованием методов планирования одно и многофакторного эксперимента. Результаты экспериментов обработаны с помощью компьютерных программ и методов математической статистики.

Научная новизна состоит:

- в разработке классификационных схем смесительных и тепловых процессов, а также в их морфологическом анализе;

- в разработке математических моделей, характеризующих движение кормовых масс при их смешивании и тепловом воздействии;

- в разработке лабораторной установки для смешивания полужидких кормо-

смесей (положительное решение на полезную модель №2014120848);

- в определении энергетической эффективности смесителя-запарника.

Реализация результатов исследований. Экспериментальный смеситель-

запарник полужидких кормов с горизонтальной мешалкой внедрен в технологическую линию приготовления кормосмеси в ЗАО «Авангард» Зеленодольского района РТ. Некоторые результаты диссертационной работы используются в учебном процессе студентами Института механизации и технического сервиса ФГБОУ ВПО «Казанский ГАУ», а также студентами ФГБОУ ВПО «Ижевская ГСХА».

Научные результаты, полученные лично соискателем. Разработан принцип классификации и морфологического анализа для приготовления полужидких кормосмесей. Разработаны математические модели гидродинамических и тепловых процессов при смешивании полужидких кормосмесей. Установлены закономерности изменения количественных и качественных показателей смесителя-запарника с горизонтальной эксцентрично расположенной мешалкой от его конструктивно-технологических параметров и физико-механических свойств кормосмеси.

Практическая значимость. Применение смесителя-запарника позволяет снизить энергоемкость, повысить производительность технологического процесса без снижения качества кормосмеси, по сравнению с существующими смесителями-запарниками. Полученные результаты внедрены в сфере АПК Республики Татарстан и учебном процессе для бакалавров, специалистов и магистров Института механизации и технического сервиса Казанского ГАУ.

Положения, выносимые на защиту:

- теоретические закономерности взаимодействия рабочих органов оборудования с транспортируемой средой;

- обоснование основных параметров технологических процессов движения среды в горизонтальной емкости и рабочем органе;

- аналитические зависимости определения геометрических и режимных параметров горизонтального смесителя - запарника, с целью снижения энергозатрат;

- результаты экспериментальных исследований параметров смесителей -запарников и их анализ;

- энергетическое и экономическое обоснование эффективности разработанного горизонтального смесителя-запарника периодического действия.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Казанского ГАУ (2000-2013г.); на XI международном симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных, первичной обработке и переработке молока (Казань, 2003г.); на межрегиональной научно-практической конференции (Ижевск, 2005г.); на XVIII международной научной конференции (ММТГ-18, Казань, 2005г. в КГТУ (КАИ)); на V международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2007г. в КГТУ (КАИ)); на XXIV международной научной конференции (ММТТ-24, Киев, Украина 2011г.); на IX международной научно-практической конференции «Най-новите научни постижения - 2013» (София, Болгария 2013г.), на XXVI международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ-26, Нижний Новгород, 2013г.), Аграрная наука Евро-Северо-Востока (Киров, ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии, 2013 г. - №5(36)), Со-

временные проблемы науки и образования (2013 г. — № 4; URL: http://www.science-education.ru/l 10-9857).

Результаты диссертационной работы экспонировались в 2011 и 2012 годах 15~ и 16оД международных специализированных выставках «Интерагро. Анимед. Фермер Поволжья» и 13е8 и 14— международных выставках «Энергетика. Ресурсосбережение» (Казань).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных статей, в том числе 3 статьи напечатаны в изданиях, рекомендованных ВАК и в трудах различных международных симпозиумов и конференций (9 статей). Получены патенты РФ на изобретения №2249419, №2223443, патенты на полезные модели №123475, №119264 и положительное решение на патент на полезную модель №2014120848/12(033502)).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Содержание работы изложено на 127 страницах машинописного текста, библиографический список содержит 126 наименований, в том числе 4 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлены: актуальность работы, цель, объект, предмет и методы исследований; научная новизна, практическая ценность и апробация работы; реализация и внедрение результатов диссертационных исследований; изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследования» представлено современное состояние технических объектов свиноводства и основные направления их развития. В разделе произведен анализ процесса смешивания, физико-механических и реологических свойств полужидких кормосмесей, а также их теплофизические свойства. Вопросам изучения структурно-механических свойств кормосмесей посвящены работы В.Р. Алешкина, H.H. Белянчикова, Б.И. Вагина, Л.И. Грачевой, В.В. Кирсанова, ВТ. Кобы, В.Ф. Лая, П.И. Леонтьева, RA. Мади-нина, В.Ф. Некрашевича, B.C. Мкртумяна, HJC Хлебникова и многих других.

Большой вклад в изучение процесса смешивания внесли Л.Н. Брагинский, В.И. Бегичев, В.М. Барабаш, Э.А. Васильцов, НИ. Гельперина, В.И. Земсков, В.В. Коновалов, K.M. Кукта, П.И. Леонтьев, C.B. Мельников, Г.И. Новиков, В.И. Сыроватка, П.Г. Мудров, А.Г. Мудров, А.И. Рудаков, также зарубежные ученые: Дж. Астанита, Ф. Стренк, Ф. Холланд и Ф. ^апман, Я. Циборовский, 3. Штербачек и П. Тауси и многие другие.

Анализу теплофизических свойств кормосмесей посвящены работы Б.И. Вагина, Н.Б. Варгафчика, A.A. Захарова, МЛ. Карасика, A.M. Маслова, В.А. Пучкова, С.П. Пящинского, В.Н. Рыженкова, А.Ф. Чудновского и других.

Анализ исследования процессов смешивания и перемешивания показал, что основные показатели работы, такие, как производительность, мощность, качество смешивания не в полной мере отвечают современным требованиям подготовки кормосмесей к скармливанию животным. В конце раздела приведены цель и задачи исследований.

Также в первом разделе приведены классификационные схемы смесителей и средств тепловой обработки кормосмесей. При составлении классификационных схем смесителей и средств тепловой обработки кормосмесей, были использованы принципы, применяемые при классификации процессов в химическом ма-

шиностроении, перерабатывающих производствах других отраслях промышленности. Эти принципы отражены в работах С.И. Алексеева, JIM. Батунера, Д.Н. Брагинца, Н.И. Гельперина, А.Г. Касаткина, В.Г. Кобы, В.В. Кононова, H.A. Ма-динина, В.Ф. Мурусидзе, В.Ф. Некрашевича, A.M. Плужникова, Рудакова А.И. и других. Наряду с классификацией смесителей и запарников, морфологический анализ их структуры, помогает выявить пути создания новых разработок и использования, имеющихся.

Во втором разделе «Определение основных параметров смесителя-запарника полужидких кормов с горизонтальной мешалкой» приведен анализ расчета конструктивных параметров смесителя-запарника, и предложены методы расчета конструктивно-технологических параметров (мощности, производительности, количестве пара) горизонтального смесителя-запарника, а также математические модели для определения этих параметров.

В качестве рабочего органа горизонтального смесителя-запарника при проведении исследований взят эксцентрично расположенный пропеллер. При описании процесса смешивания возможны три механизма смешивания и, соответственно, три математические модели, которые позволяют рассчитать и оптимизировать процесс смешивания: диффузия, конвекция, сдвиг.

Для смесителей с горизонтальным расположением вала пропеллера момент сопротивления корпуса равен:

Мкогп. = М„ +мдн , (1)

где - крутящий момент мешалки; Мки1,п - момент сопротивления корпуса;

MtT - момент сопротивления стенки емкости; Мт - момент сопротивления днища корпуса аппарата.

Движение жидкости в смесителе-запарнике можно разделить на движение в зоне рабочего органа и движение вне следа рабочего органа. Движение жидкости в зоне действия лопастей смесителей подробно изучено и приведено в литературе.

Крутящий момент пропеллерного смесителя-запарника определяется:

= Г От, (2)

г0

Проинтегрировав выражение (3) в пределах от /•„ до г, получим:

Решая это уравнение методом подстановки в пределах от от г0 до г и введя поправочный коэффициент к получим:

м„ = СлР^г'-2кп + кг], (3)

где к — поправочный коэффициент, с" .

Момент сил гидравлического сопротивления стенки емкости определяется зависимостью:

М„=К,-8ц-Н-т, (4)

где - смоченная площадь цилиндрической части корпуса; Н - высота заполнения смесительной емкости жидкостью; г - касательные напряжения, К, - коэффициент заполнения смесительной емкости, К3= 0,7-0,8.

(5)

где х - смоченный периметр цилиндрической части аппарата; Ь - длина смесительной емкости.

Смоченный периметр цилиндрической части корпуса определяется выражением:

=| тЮ

-^2а + ±{2*-е)

■Ь,

(6)

Рисунок 2 - Схема для определения крутящего момента

где О - диаметр емкости; 2а - прямолинейный участок дуги верхней части смесительной емкости, не смоченный жидкостью; в - хорда круга, определяемая высотой наполнения емкости смешиваемой жидкостью.

М„ =[яО-|2я+^(2а-в)^^рО,75ЯС|. (7)

где с — поправочный коэффициент.

Момент сопротивления днища аппарата Мдн, определяется:

л -

где ^—поправочный коэффициент.

Суммарный момент сопротивления корпуса определяется:

(8)

Мкот =Мст+Мхн =

я _ Я

= 0,25 ОЛ

0,5! тЮ-

2а + -(2а-в)

\LIIc + ц/л

т]

•(9)

На основании формул (1) и (7) для снижения момента сопротивления Мсг , а также снижения энергоемкости процесса, следует стремиться к снижению площади . Это необходимо для минимального расхода материалов для изготовления

цилиндрического аппарата.

Оптимальное соотношение радиуса и длины цилиндрической емкости:

0 = ЬК3. (10)

где К3 — коэффициент заполнения емкости.

Учитывая гидродинамику течения жидкости в горизонтальной, незаполнен-

ной емкости и проведенные экспериментальные исследования показали, что лучшим соотношением в данном случае является Ь я 1,2£>.

Общий крутящий момент определяется следующим выражением:

Мкоац. = "'о4И"2 —2*и + «г3]—

С целью подбора привода смесителя-запарника встает вопрос в определении потребной мощности.

Потребная (теоретическая) мощность необходимая для привода пропеллера определяется выражением:

" ' ~ " к'

\LHc + ync-

■ (И)

Уравнение расхода является математическим выражением закона сохранения массы и для технических устройств записывается как равенство расхода жидкости через два произвольных сечения. В соответствии с обозначениями, приведенными на рисунке 3, для жидкостного кольца уравнение расхода для смешиваемого потока запишется в виде:

г, -г,

—nL+ W^drdL = Q=const. (12)

■** 0 ri

Интегрируя выражение (12) в пределах от 0 до Lmla и от г? до Л получим:

Теоретическая производительность определяется выражением:

+ (13)

где г, - радиус внутренней кромки мешалки; г2 - радиус мешалки; п - частота вращения ме-Рисунок 3 - Схема для расчета шалки; L - длинна смесительной емкости; R -производительности радиус смесительной емкости; а - поправоч-

ный коэффициент.

Согласно рисунку 3, расстояние до произвольной точки от центра рабочего органа и центра емкости связаны между собой уравнением:

гг = ^(R-ecosa)2 + (esina)2,

(14)

Подставляя уравнение (14) в (13) и преобразуя его получим:

„ Я2-2Яесозаг+е2-г,2 аЬ2 / , ч

0 =---,-пЬ+—-2есоза), (15)

где е - эксцентриситет, м.

На основании полученных теоретических зависимостей построены графики теоретической мощности Ыт = /(л) (рисунок 4) и теоретической производитель-

ности Q, = /(л) (рисунок 5) от частоты вращения пропеллерной мешалки и при а= 0,25 м,р= 1030 кг/м3.

200 220 240

280 300 320 340

300 400 П, МИН*'

N.. кВт<а=0.35), Ы2, кВт<а=0.25), N3, кВт(а=0.2) Рисунок 4 — Зависимость теоретической мощности Л^ от частоты вращения п

= Г(п

03= Щ

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400

п, мин

<3, м'/чОз м'/чо¡,м3/ч а, = 0,35 м, ¿1 = 0,25 м, <¡1 = 0,2 м, ¿=/,20 Рисунок 5 — Зависимость теоретической производительности £?г от частоты вращения п При тепловом расчете смесителя-запарника периодического действия применялся аналитический метод расчета.

Полагая, что смешение среды, нагреваемой в емкости, происходит равномерно во всем объеме запишем:

Уравнение теплового баланса для емкости:

Ш^-^т^Сс^, (16)

где с/г - время протекания процесса;

Уравнение теплового баланса для теплообменника:

-*,)=£>(/. "О. (17)

Уравнение теплопередачи

^,('2-0 (18) где IV/- водяной эквивалент нагреваемого корма; С- количество корма в емкости;

с; — теплоемкость корма; ГУ- расход греющего пара; /„и энтальпия греющего пара и конденсата; // и температура корма; кР- удельная теплопроизводитель-ность теплообменника; среднелогарифмический температурный напор.

Совместное решение уравнений при средней логарифмической разности температур и постоянном коэффициенте теплопередачи дает следующее расчетное уравнение для определения удельной теплопроизводительности теплообменника;

№

(19)

г

Здесь /„я, и 1ко„ -начальная и конечная температура корма.

Дальнейший расчет аппарата сводится к определению конечных температур корма.

При этом известными являются следующие величины; поверхность теплооб-

мена Р, коэффициент теплопередачи К, теплоемкости массовых расходов пара и корма, начальная температура корма, давление пара и температура конденсата. Искомыми величинами являются конечные температуры корма и количество переданного тепла через поверхность теплообмена.

Со временем меняются следующие температуры: I; и ¡2 неизменной остается температура конденсации пара

Уравнения позволяют определить следующие параметры:

1. Температуру нагревания корма /2:

',='.-('. "'.У". (20)

здесь значение А имеет вид:

Л^.

2. Продолжительность процесса нагревания:

3. Расход пара

г = - ?С' Лп-£——. (21)

W 1 —1>-*

£> = ——(22) 'л - h гп ~{s

Расход пара и разность температур (/у - ь) в процессе нагрева уменьшаются.

В пределе при г —» °о можно получить, что температуры // и t2 будут равны ts. Поэтому давление греющего пара должно быть таким, чтобы О всегда было ниже предельно допустимой по условиям нагрева j.

Для определения давления греющего пара положим /(= tKOH и из выражения найдем температуру

U + (23)

1-е

Зная hqxt из последнего выражения находим максимальную температуру по которой из таблиц определяем давление греющего пара.

В приведенных выше уравнениях следует учесть изменение влажности кормовой смеси, изменяющееся за счет разбавления ее конденсатом. В этом случае энергетические затраты на смешивание пропеллерной мешалкой, используемой в аппарате, будут ниже, но необходимо проверить как изменится качество приготавливаемого корма.

На рисунке 6 представлена зависимость теоретического расхода пара Dt от времени тепловой обработки t D, = /(f)-

Математические модели (11, 15, 21, 22), позволяют определить конструктивные и технологические параметры смесителя-запарника такие как: геометрические параметры смесительной емкости, потребную мощность, производительность, время нагревания кормосмеси, количество пара, необходимого для обработки.

Для подтверждения достоверности расчетных параметров необходимо провести экспериментальные исследования по определения действующих значений.

Рисунок 6 - Зависимость теоретического расхода пара £>г от времени тепловой обработки Л

Рисунок 7 — Схема экспериментальной установки для исследования процессов смешивания и теплового воздействия полужидких кормосмесей

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований смесителя - запарника полужидких кормов с горизонтальной мешалкой» представлены программа и методика экспериментальных

исследований; методика активного планирования эксперимента; схема экспериментальной установки (рисунок 7), общий вид (рисунок 8) и виды пропеллеров с различными диаметрами.

1 - емкость; 4 - манометрический сигнализирующий термометр

ТСМ-100; 6 - пропеллер;

9 - камерная диафрагма ДСК-0,6-25;

10 - аксиально-поршневой гидромотор; 12 - цифровой лазерный тахометр; 13 - насос высокого давления;

17 - насос подпитки;

18 — червячный редуктор; 20 —уравнительные сосуды СКУР-100-а; 25 - дифференциальный манометр ДСП-160-М1; 30 - фильтр тонкой очистки; 31 - вакууметр;

32 — измерительный комплект К-51;

33 — котел; 34 — емкость; 35 - электродвигатель;

40 - паропровод; 43 - термометр;

44 - щит питания;

45 - компрессорная установка;

46 - продувочный патрубок.

Ш2а

Рисунок 9 - Виды пропелле-' ' ров с диаметрами 0,35,0,25 и

Рисунок 8 - Общий вид экспериментальной установки °>2 м

для исследования процессов смешивания и теплового воздействия полужидких кормосмесей Исследуемый смеситель-запарник имеет оптимальные соотношения длины и

диаметра смесительной емкости »1,2, диаметр пропеллера с! = 0,25 м. Исследования проводились изменением диаметра пропеллера е1, влажности кормосмеси IV и частоты вращения рабочего органа п.

МШ.

В четвертом разделе «Анализ результатов экспериментальных исследований смесителя-запарника с горизонтальной мешалкой» приведены результаты экспериментальных исследований смесителя-запарника.

Для обработки лабораторных и производственных исследований использовалось современное программное обеспечение, в частности «8ТАТ18Т1КА—6,0».

На рисунке 10 представлены экспериментальные зависимости степени однородности J = f (с(м ) кормосмесей влажностью 76 — 88 %, при частоте вращения пропеллера п равной 300 мин"1 и его диаметре равным 0,25 м.

На рисунке 11 представлены экспериментальные зависимости потребной мощности смешивания N = /(и) кормосмесей влажностью 84 % с диаметром пропеллера равным и его диаметре равным 0,25 м.

"V*

■ ЧУ

• /

10 12 14 16 1в 20

I МИН

.1ь 88% -Ь. 84% -Ь, 80% и 76% * N1, кВт М2, кВт ' N3, кВт

Рисунок 10 - Зависимости кормо- рисунок 11 . 3ависимости похребной мощно-

смесей важностью смешивания N = Г(п) кормосмесей

о - 88%; о - 84%; 0 - 80%; Д - 76% пяп/ х ' у

влажностью 84 % с диаметром пропеллера

равным о - 0,35; 0 - 0,25; Д - 0,2 м На рисунке 12 экспериментальные зависимости производительности смешивания <2 = /(и) горизонтального пропеллерного смесителя-запарника, имеющего диаметры рабочего органа равного 0,35, 0,25 и 0,2 м, при получении кормосмесей влажностью 84 %.

0,32 0,30 0.28 0.26 0,24

(.>!, м3/4 0.2, М3/ч4 м^/ч

Рисунок 12 - Зависимости производительности смешивания = /(«) кормосмесей влажностью 84 % с диаметром пропеллера равным

о - 0,35; 0 - 0,25; Д - 0,2 м

О, ,76% "" 02,80% ~ П, ,84%, ~ 11, ,88% Рисунок 13 - Зависимости расхода пара от времени тепловой обработки О = /"(/) кормосмесей влажностью о - 76%; □ - 80%; 0 - 84%; Д - 88% при давлении пара р = 0,12 МПа

На рисунке 13 приведены экспериментальные зависимости расхода пара от времени тепловой обработки £> = /(;) кормосмесей влажностью 76 - 88 %, при давлении пара р = 0,12 МПа.

В результате проведения статического анализа экспериментальных данных с использованием программы БТАТКИСА 6.0 была получена математическая модель зависимости величины степени однородности J от времени смешивания / и влажности (V кормосмеси (рисунок 14), потребной мощности привода N и производительности £ смесителя-запарника от частоты вращения п и влажности Ж кормосмеси (рисунок 15, 16).

¿—83.81+2М25'1Г-И,8954'1-0,032'П"1-0,<Ю94'1Г"2-0.0457*1*'2 Рисунок 14 - Зависимость индекса смешивания J от времени смешивания ! и влажности (Р кормосмеси

.0003*иг*п+0,0075ан/щ*2+0,(ю003*п**2

Рисунок 15 - Зависимость мощности привода N смесителя-запарника от числа оборотов п и влажности № кормосмеси Результаты производственных испытаний горизонтального пропеллерного смесителя-запарника, представленные на рисунке 17, проведенные в хозяйствах ЗАО «АВАНГАРД» Зеленодольского района РТ, показали хорошую работоспособность. На рисунке 18 представлена установка.

Рисунок 16 - Зависимость производительности Q смесителя-запарника от числа оборотов п и влажности № кормосмеси

98 96 94 92 90 88 86

Рисунок чения с] зонта.

запарнике

В пятом разделе «Энергетическое и экономическое обоснование смесителя-запарника полужидких кормов с горизонтальной мешалкой» приведены результаты расчетов энергетических и экономических показателей разработанной конструкции смесителя-запарника периодического действия с горизонтальной мешалкой.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан единый принцип классификации для приготовления влажных кормосмесей, играющий важную роль для оценки проектируемых технологических и технических средств животноводства.

Предложен метод морфологического анализа структуры технических средств механизации используемых в животноводстве, способствующий точному выбору направления разработок, экономии времени и сил при их создании.

2. Разработаны математические модели (уравнения 11, 15, 21, 22). На основании математических моделей определены расчетные зависимости: мощности, производительности, количества пара и продолжительности прогрева кормосме-си, а также конструктивные параметры смесительной емкости и пропеллера.

3. Установлено, что увеличение соотношения длины и диаметра смесительной емкости более 1,5 приводит к большим затратам времени на приготовление кормосмеси. При увеличении частоты вращения мешалки п с 200 до 400 мин"' однородность кормосмесей J при влажности W = 76...88% возрастает с 90 до 98%. При повышении влажности и диаметра мешалки d с 0,2 до 0,35м изменяется производительность смесителя-запарника с 2,0 до 13 м3/ч. Эксперименты показали, что увеличение частоты вращения мешалки с 200 до 400 мин"1 и ее диаметра с 0,2 до 0,35м приводит к росту потребляемой мощности с 1,0 кВт до 7,5 кВт.

4. Производственные испытания разработанной установки подтвердили целесообразность и эффективность ее применения. Энергетическая оценка разработанной установки показала снижение энергоемкости на 18%, полных затрат энергии на 21%, при этом коэффициент энергетических затрат равен 0,8. Годовой экономический эффект от использования смесителя-запарника составляет 66029,5 рублей (в ценах 2012 г.) на 1000 голов свиней.

5. Перспективы дальнейшей разработки темы. На основании полученных

т

У <

у У j =f о

/ / / /

/

У

( 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 t, МИН

J-i, % - Экспериментальная; J2, % - Теоретическая 17 -Зависимости J = fUCi4 ) полу-аеси влажностью W= 84 % в гори-1ьном пропеллерном смесителе-

Рисунок 18 -Производственные испытания смесителя-запарника периодического действия с горизонтальной пропеллерной мешалкой

экспериментальных данных предполагается внедрение в производство небольшой партии с дальнейшим развитием до серийного производства.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ: В журналах, рекомендуемых ВАК:

1. Рудаков, А.И. Устройство для создания вакуума /А.И. Рудаков, М.А. Лушнов, И.Р. Нафиков, Б.Л. Иванов// Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2010.-№12.-С. 4-5.

2. Лушнов, М.А. Морфологический анализ структуры запарников полужидких кормов // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 4; URL: http://www.science-education.ni/l 10-9857 (дата обращения: 15.08.2013).

3. Лушнов, М.А. Построение классификационной схемы и анализ устройств для тепловой обработки полужидких кормосмесей /М.А. Лушнов// Аграрная наука Евро-Северо-Востока, №5(36), - Киров: Изд-во ГНУ НИИСХ Северо-Востока Рос-сельхозакадемии, - 2013. с.65-69.

В материалах мсяедународных конференций и других изданий:

4. Рудаков, А.И. Морфологический анализ смесителей для получения жидких и полужидкий кормов в животноводстве /А.И. Рудаков, М.А. Лушнов// Сб. науч. тр., - Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2002,- с. 266-271.

5. Лушнов, М.А. Экспериментальная пропеллерная установка для исследования смешивания и тепловой обработки кормов. /МЛ. Лушнов, А.И. Рудаков// Тр. КГСХА, т. 70, - Казань: Изд - во КГСХА, 2002. - С.229-232.

6. Рудаков, А.И. Обоснование применения на молочных фермах струйных ва-куум-откачных средств с пульсирующим активным потоком. /А.И. Рудаков, М.А. Лушнов// Тр. 11-й междунар. конф. по машинному доению.- Казань, 2003. - с. 149-153.

7. Лушнов, М-А.Энергосберегающие смесители-запарники влажных кормов. /М.А. Лушнов, А.И.Рудаков// Труды 5-ой международ, научно-практ. конф. «Автомобиль и техносфера», Казань, 2008, с. 202 - 205.

8. Рудаков, А.И. Тепловая обработка насыщенным паром влажных кормов. /А.И. Рудаков, М.А. Лушнов// Инженерная наука - агропромышленному комплексу /Матер, междунар. научно-практ. конф., посвящ. 60-летию ин-та мех. и техн. сервиса. Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2010.- с. 161-164.

9. Рудаков, А.И. Математическая модель смешивания и тепловой обработки потоков в запарнике-смесителе /А.И. Рудаков, М.С. Нурсубин, М.А. Лушнов// Труды XXIV междунар. науч. конф.: т.З. - Киев: Национ. техн. ун-т Украины, 2011. -45-47 с.

10. Лушнов, МА. Стратегия оптимизации процессов приготовления полужидких кормосмесей для свиней в горизонтальном пропеллерном смесителе. /М.А. Лушнов, А.И. Рудаков// Материалы науч.-практ.конф. инст. мех. и технич. сервиса. 4.1 - Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2012 - 127-130 с.

11. Лушнов, М.А. Гидродинамический расчет горизонтального пропеллерного смесителя-запарника /М.А. Лушнов// Материапи за 9-а международна научна практина конференция, «Найновити научни постижения», т.20 - София, 2013 - 36 с.

12. Лушнов, М.А. Интенсификация взаимодействия жидкости и пара в горизон-

с

тальном пропеллерном смесителе-запарнике /М.А. Лушнов, АЛ. Рудаков, М.С. Нурсубин// Труды XXVI междунар. науч. конф.: т.9. — Нижний Новгород: Ниже-город. гос. техн. ун-т, 2013. — 53-55 с.

13. Пат. № 2223443 РФ, МПК F17D 1/20, F04F 5/02. Устройство для транспортирования высоковязких кормовых смесей (описание изобретения) /Рудаков А.И., Маркин О.Ю., Лушнов МЛ.; заявитель и патентообладатель «Казанская сельскохозяйственная академия». - № 2021118471; заявл. 04.07.01; - Опубл. 10.02.2004 Бюл. №4. — 6 с.

14. Пат. № 2249419 РФ, МПК F17D 1/20, F04F 5/02. Продувочный котел запарник (описание изобретения) /Рудаков А.И., Лушнов М.А., Тагиров Ф.К.; заявители и патентообладатели Рудаков АЛ., Лушнов М.А., Тагиров Ф.К. - № 2002133185; заявл. 09.12.02; - Опубл. 10.04.05. Бюл.№10.-5 с.

15. Пат. 123475 Российская Федерация, МПК7 F 04 F 5/04. Струйный распылитель жидкости (описание полезной модели) /Иванов Б.Л., Лушнов М.А., Маркин OJO., Нафиков И.Р., Рудаков А.И.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет». - № 2012107611/06; заявл. 28.02.2012; -Опубл. 27.12.2012. Бюл. №36. - 2 с.

16. Пат. 119264 Российская Федерация, МПК7 В 05 В 7/00. Пневматический распылитель (описание полезной модели) /Иванов Б.Л., Лушнов МА, Маркин О.Ю., Нафиков И.Р., Рудаков АЛ.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет». - № 2012107613/05; заявл. 28.02.2012; -Опубл. 28.08.2012. Бюл. №23. - 2 с.

Формат 60x84/16 Тираж 100 Зал Подписан к печати 2014 г. Отпечатано в типографии Казанского ГАУ 420015 г. Казань, ул.К Маркса, д.65. Казанский государственный аграрный университет