автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование малогабаритной комбикормовой установки для малых ферм

На правах рукописи

Куспаков Артур Самрадович

СОВЕРШЕНСТВОВНИЕ МАЛОГАБАРИТНОЙ КОМБИКОРМОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ МАЛЫХ ФЕРМ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 СЕН 2011

Оренбург-20 И

4852444

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет» на кафедре «Механизация технологических процессов в АПК»

Научный руководитель -

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор

Карташов Лев Петрович

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Комарова Нина Константиновна;

доктор технических наук, профессор Межуева Лариса Владимировна

Ведущая организация -

Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства»

Защита диссертации состоится «30» сентября 2011 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 220.051.02 при ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет» по адресу: 460014, г. Оренбург, ул. Коваленко, 4, Оренбургский ГАУ, корпус № 3 технического факультета, ауд. № 500М.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного аграрного университета. Объявление о защите и автореферат размещены на сайте ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет» http://www.orensau.ru.

Автореферат разослан «16» августа 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время одной из задач животноводства является повышение сохранности поголовья и продуктивности сельскохозяйственных животных для насыщения российского рынка качественными продуктами животноводческой продукции. Успешное решение этой задачи зависит, прежде всего, от создания прочной кормовой базы. Эта задача может быть решена на основе внедрения кормопроизводственных технологий, не зависящих от природных условий.

Приготовление комбикормов на базе промышленных добавок непосредственно в хозяйствах позволяет одновременно решить ряд проблем: снижаются затраты на перевозку зернового сырья на комбикормовые заводы и комбикормов в хозяйства, учитывается кормовая база данного хозяйства, что позволяет сбалансировать комбикорма с учетом потребностей животных.

Для приготовления комбикормов в условиях ферм и фермерских хозяйств используют малогабаритные комбикормовые установки типа «До-за-Агро».

Проведенный анализ существующих комбикормовых установок позволил выявить общие для всех недостатки: низкую однородность производимого продукта; высокое энергопотребление при производстве; металлоёмкость конструкции.

Рабочий процесс малогабаритных комбикормовых установок недостаточно изучен и требует совершенствования, направленного на снижение энергоемкости и повышение качества готового продукта.

Таким образом, разработка малогабаритной комбикормовой установки с высокой однородностью получаемого комбикорма, а также пропускной способностью агрегата является на сегодняшний день актуальной задачей.

Настоящая научная работа выполнена в рамках темы «Влияние вибрационных и экструзионных воздействий на процессы механической переработки (растительных) материалов» (госрегистрация № 01200952373), включенной в тематический план отдела биотехнических систем Оренбургского научного центра Уральского отделения РАН на 2009 - 2011 г.г.

Цель исследования - обоснование оптимальных конструктивно-технологических параметров малогабаритного комбикормового агрегата за счет совершенствования его конструктивной схемы.

Объект исследования. Процесс приготовления комбикормов на комбикормовых агрегатах.

Предмет исследования: установление зависимости эффективности функционирования комбикормовых агрегатов от их структурно-технологических особенностей.

Методы исследования. Достижение поставленной цели осуществлялось теоретическими и экспериментальными исследованиями, нацеленными на получение зависимостей, позволяющих установить оптимальные кинематические и технологические параметры малогабаритного комбикормового агрегата.

Теоретические исследования включали изучение технологического процесса с применением методов классической механики, термодинамики и системы современных ЭВМ.

В экспериментальных исследованиях были использованы методы физического моделирования для проверки положений и выводов теории. С помощью расчетно-конструктивного метода на основе результатов экспериментального моделирования были получены оптимальные значения конструктивных и технологических параметров смесителя.

Результаты исследований обрабатывали с применением известных методов математической статистики, в частности, используя регрессионный и факторный анализ.

Научная новизна работы:

- совокупность теоретических и экспериментальных исследований, обосновывающих необходимость улучшения качества смешивания и пропускной способности молотковой дробилки, повышение производительности, уменьшения энерго- и металлоёмкости;

- теоретические исследования, доказывающие возможность и необходимость регулирования смесителя и молотковой дробилки;

- аналитические зависимости, показывающие характер изменения рабочих органов в зависимости от конструкции смесителя и молотковой дробилки.

Практическая значимость работы:

- конструкция молотковой дробилки (патент РФ на изобретение №2419490);

- конструкция смесителя (патенты РФ на изобретения №2424046, №2424048, положительное решение на выдачу патента РФ на изобретение №2010104587);

- расчет режимных параметров смесителя;

- результаты проверки основных положений в лабораторных и производственных условиях.

Реализация результатов исследования. Опытные образцы проходили проверку в ООО КХ «Колос» Саракташского и в НПО «Южный Урал» Оренбургского районов, а также были внедрены в этих хозяйствах.

На защиту выносятся следующие положения:

•конструктивно-технологическая схема и конструкция смесителя комбикормов;

•аналитические зависимости по обоснованию конструктивно-режимных параметров смесителя и молотковой дробилки;

•данные экспериментальных исследований разработанного смесителя, полученные в лабораторных и производственных условиях с целью установления оптимальных конструктивно-кинематических параметров.

Апробация. Общие положения диссертации доложены и одобрены на международной конференции ГНУ ВНИИМЖ «Машинно-технологическое обеспечение животноводства - проблемы эффективности и качества» (Москва, 2010 г., 2011 г.); межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургского ГУ (Оренбург, 2011 г.); на годичных семинарах кафедры «Механизация животноводства» ОГАУ (Оренбург, 2009 — 2011); на областной выставке научно-технического творчества молодежи (Оренбург, 2011), где отмечены дипломом; на XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва, 2011), где отмечены дипломом.

Публикации. По материалам диссертационной работы имеются 8 публикаций (в т.ч. 3 в изданиях, рекомендованных ВАК), получены 3 патента РФ на изобретения и 1 положительное решение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов, списка используемых источников (155 наименований) и приложений. Работа содержит 125 страниц машинописного текста, 6 таблиц, 43 рисунка и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности выбранной темы, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» представлен анализ результатов исследований и известных технических решений, их систематизация и классификация.

Исследованием рабочего процесса измельчения зерна в молотковых дробилках занимались ученые: В.Р. Алешкин, Н.Ф. Баранов, В.П. Гейфман,

B.П. Горячкин, М.Е. Гришин, Ф.Г. Зуев, Ф.С. Кирпичников, Е.М. Клычеев,

C.B. Мельников, В.И. Сыроватка, В.А Сысуев, С.Д. Хусид и другие.

Исследованиями процесса смешивания сухих кормов занимались ученые: В.Р. Алешкин, A.M. Григорьев, П.В. Жевлаков, Р.Л. Зенков, Г.М. Кукта, A.A. Лапшин, Ф.К. Новобранцев, Н.Е. Пестов, Е.А. Раскатова, Ф.Г. Стукалкин и другие.

Проведенный анализ конструкций малогабаритных комбикормовых агрегатов и их классификация свидетельствуют о большом разнообразии конструкций, а также что рабочий процесс из-за своей сложности недостаточно изучен и требует дальнейших исследований.

Создание малогабаритного комбикормового агрегата с высокой однородностью получаемого комбикорма, а также пропускной способностью агрегата возможно за счет изменения конструкции малогабаритного комбикормового агрегата, в частности изменения молотковой дробилки и смесителя комбикормов:

•применения дополнительных дек, изменения расположения молотков и загрузочного патрубка;

•использования устройства порционного смешивания, смесительного спирального элемента и устройства, исключающего разделение смеси на фракции.

На основании анализа состояния вопроса в соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследований:

1. Провести анализ существующих комбикормовых агрегатов и разработать перспективные конструктивно-технологические схемы малогабаритного комбикормового агрегата, обеспечивающие высокую однородность готового продукта.

2. Теоретически выявить закономерности влияния конструктивно-кинематических параметров малогабаритного комбикормового агрегата на основные показатели его работы.

3. Разработать и изготовить опытный образец малогабаритного комбикормового агрегата и обосновать экспериментально оптимальные конструктивно-технологические параметры.

4. Провести лабораторные исследования малогабаритного комбикормового агрегата и оценить технико-экономическую эффективность применения результатов исследования в хозяйствах.

Во второй главе «Теоретические исследования рабочего процесса комбикормового агрегата» предусматривалось выполнение следующих этапов:

> создание конструкции малогабаритного комбикормового агрегата;

> расчет конструктивных параметров агрегата и получение соответствующих зависимостей.

Подробный анализ существующих конструкций малогабаритных комбикормовых агрегатов, проведенный нами, позволил наметить пути совершенствования конструкции, а также реализовать этот путь в разработанных конструктивных схемах смесителя и молотковой дробилки (рис. 1 и 2).

В разработанном смесителе, помимо основного шнека, использовали смесительный спиральный элемент, по форме напоминающий многожильную фасонную пружину. Он предназначен для смешивания измельченного основного компонента с премиксами.

Многожильные пружины - одна из самых новых конструкций пружин, применяемых в технике.

Многожильные пружины изготовляют из тросов, свитых из небольшого числа (я = 2-6) тонких проволок (жил). Этот новый тип пружин представляет собой разновидность винтовых концентрических пружин весьма рациональной конструкции.

Рассматриваемый смесительный спиральный элемент был рассчитан на основе расчетов многожильных и фасонных пружин (рис. 3 и 4).

Выведем уравнения характеристики фасонной пружины при посадке витков.

Это возможно при условии, что (г2 — гх) > (И.

Сила Р„ „ , Н, соответствующая началу посадки пружины, определяем по формуле:

Р = 1

СН0т гЮг-г,)'

(1)

где С - жесткость витков при кручении (для проволоки круглого сечения С = С]р), Н-м2;

т ■

2т

Рисунок 1 - Смеситель: 1 - загрузочный патрубок; 2 - смесительная камера; 3 — подвижное соединение; 4 - труба; 5 — шнек; 6 - смесительный спиральный элемент; 7 — вал шнека; 8 - питатель-дозатор; 9 - выгрузной патрубок; 10 - задвижка; 11 - улавливаюгций фильтр

А-А

10 6-

V-"V

к

5

6

7

8

9

10 11 12

13,14 15

16.17

Рисунок 2 - Молотковая дробилка: 1 - пневмоканал; 2 — крыльчатка; 3 - электродвигатель; 4 - вентилятор; 5 - загрузочная горловина; 6 -корпус; 7 - основная дека; 8 — дополнительные деки; 9 — молотки; 10- вентилятор с криволинейными лопатками; 11 - ротор; 12 - дробильная камера; 13 - неподвижное решето; 14- подвижное решето; 15- выгрузная

горловина; 16 и 17- направляющие

Сила гк„, Н, соответствующая концу посадки пружины, определяем по формуле:

Ст Но

П2 Т2~Тг

(2)

Осадка пружины Л, м под действием силы Р (0 < Р < Р„„ ) находится по формуле:

Осадка Я„ „ , м, соответствующая началу посадки витков (при Р = Р,1П ), находится по формуле:

Г,

где п = —.

>2

з 1—п

-Н0,

(4)

Осадка X, м под действием силы Р (Рн п < Р < Р..~) находится по формуле:

8Рй'31 п

где й. - средний диаметр витков пружины, м;

п - количество жил, из которых свита пружина; С - модуль сдвига, Па;

* =--коэффициент жесткости при независимой работе жил.

1 +ЦСО$28

спираль

Рисунок 3 - Фасонная пружина с постоянным углом подъема витков: Н0 - свободная высота пружины, м; Гг - наименьший радиус рабочей части, м; г2 — наибольший радиус рабочей части витков пружины, м (при Р < Рн п); I - число рабочих витков: с! - диаметр проволоки, м

■А-А

Рисунок 4 - К исследованию геометрии фасонной пружины без центральной жилы: Я0 - радиус образующего цилиндра оси винтовой жилы; <5 -угол свивки; шаг оси жилы; п - число жил, образующих пружину; тр - полярный угол; <р - угол, который обегают жилы длиной Ь вокруг оси г

Развертка оси винтовой жилы (уменьшено)

Проекция поперечных сечений жил

Проекция

образующего цилиндра осей винтовых жил

Сечение, жилы плоскостью, нормальной оси троса

Наибольший крутящий момент Мкр , Н м и изгибающий момент т,пР , Н-м при Ри п < Р < Рк_„, (для подсчета напряжений), а также значение г„0Сж, м определяются по формуле:

ра'

М.т = —,Б1Пб = -^БШб, "Р- п г п

М„ =—, созб = СОБ8,

2п

(6) (7)

Рй

Г и и ТТ

где с = —— закручивающии момент, Н-м; 6 — угол свивки, градус.

= г,

(8) (9)

г

Продукт

Теоретическая производительность дробилки (рис. 5) равна:

(? = В1ркш, м3/ч, где В - длина хорды дуги ротора, соприкасающейся с материалом, м; 1р - длина ротора, м;

Ь - толщина стружки, равная пути свободно падающих тел за время поворота ротора от одного молотка до следующего, м; п - частота вращения ротора, мин"1; г - число рядов молотков ротора.

Учитывая, что по обе стороны от ротора расположены дополнительные деки, в молотковой дробилке, помимо основного вида измельчения

- удара, будет дополнительно - перетирание, как в щековых дробилках.

Теоретическая производительность дробилки примет вид: О = Вьюках + (ьи-^п1—)к. м3/ч, (10)

Р 2 Iда

т где п - число качаний щеки в минуту;

Ь - размер шпальта в направлении, нормальном к плоскости чертежа и частотой качения щеки, м; а, Б, 11 - размеры, м; а - угол между неподвижной и крайним положением подвижной щеки (рис. 6);

к - коэффициент, увеличения производительности (0,3.. .0,5).

Рисунок 5 - Дополнительная рабочая зона дробилки: 1 — неподвижная щека; 2 - подвижная щека

Рисунок 6 - Схема для расчета производительности роторной дробилки: В — длина хорды дуги ротора, соприкасающейся с материалом, м; Ур — окружная скорость бил ротора, м/с; Ор — диаметр ротора, м; И — толщина стружки, равная пути свободно падающих тел за время поворота ротора от одного молотка до следующего, м

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» приведены общая программа и частные методики исследований, схема лабораторной установки, её описание и методы обработки экспериментальных данных.

Программой экспериментальных исследований предусматривалось: •исследование физико-механических свойств сухих концентрированных кормов;

•подбор приборов и аппаратуры;

•исследование смесителя сухих концентрированных кормов; •проведение экспериментальных исследований вертикаль-но-шнекового смесителя комбикормов с определением его технической характеристики;

•исследование влияния конструктивно-технологических параметров вертикалыю-шнекового смесителя на качество готового комбикорма. Исследования проводили на лабораторной установке (рис. 7 и 8).

т

1 2 3 4 5 6

Рисунок 7 - Лабораторная установка: I - смеситель; 2 - панель приборов; 3 - редуктор; 4 - электродвигатель;

5 — откидной защитный кожух; 6 - платформа

Экспериментальные исследования проводили для нахождения оптимальных и рациональных значений конструктивно-технологических параметров рабочего органа смесителя на основе проведения серий двух- и трехфакторных экспериментов.

Методика проведения экспериментальных исследований предусматривала сочетание факторного анализа теории многофакторного планирования.

Основным критерием оптимизации являлась энергоемкость приготовления смеси, а качественным показателем - неравномерность смеси. Применяли трёхкратную повторность опытов, в качестве контрольного компонента применялся полиэтилен низкого давления. Масса пробы составляла 100 г, количество проб - 10 шт., доля контрольного компонента -1%, количество гранул ПНД в пробе 20 - 24 шт.

Обработку полученных результатов экспериментальных исследований осуществляли на ЭВМ с использованием программ Statistica 6.0, Microsoft Office Excel.

Рисунок 8 - Лабораторный смеситель кормов (вид сверху при открытой крышке): 1 - крышка шнека; 2 - смесительный спиральный элемент

В четвертой главе «Исследование рабочего процесса вертикаль-но-шнекового смесителя» представлены результаты исследований, полученные в лабораторных и производственных условиях.

В исследовании применяли смесительные спиральные элементы с витками спирали равными 5, 7 и 9 и с шагом: 18-10"2м, 22-10 "м, 28-10" м. На основании полученных результатов были построены графики (рис. 9). Из анализа графиков был сделан следующий вывод: оптимальное значение количества витков и шага спирали смесительного спирального элемента равно 7 и 22-10 :м, таким образом, мы установили оптимальные значения для смесительного спирального элемента.

В результате исследований влияния массы перемешиваемых компонентов смеси М с течением времени перемешивания Т на неравномерность получаемой смеси (рис. 10) лучшее качество смеси обеспечивается при обработке корма массой 26...30 кг. То есть это значение массы более полно соответствует конструкции смесильного устройства, поэтому порция смеси, используемая в последующих опытах, соответствовала 30 кг.

Увеличение доли контрольного компонента в смеси улучшает ее качество. При доле более 25% длительность смешивания может быть менее 4 мин. При 10% длительность увеличивается в сторону 5 мин, при доле 5% -10 мин. При доле контрольного компонента 1% и более достаточное смешивание около 17...20 мин.

о м«-, = -2551.4917*56.354*х»265.676>О.ОЮ5Ух4.9514"*>5581е<у>'Чии1-1г301< 3692-774,417Гх*569,3559>50.7698<х*х-70.772Гх%+21.833'у,у

Ш 1800 О 1400 | I 1000 □ 600

■ 300 ЕЗ ?00

а юо □ о

Рисунок 9 - Влияние частоты вращения шнека (п, мин"1), количества витков (Мв, шт ) и шзга (НО*, м) спирия

на неравномеА ность смешивания (1, %)

= 1467 0375-29 4392'х 11 217*у 0 1512*К*зМ.7552"**)Г 1 438»УуМ кг = 287 1217-24.1М8*х-6.0447>0.569,х"х<-0 32Р,2'х'у+0 0179*у"у

1800 1300 800 300

а 1во

Г~1 140

□ 120 I I 100

□ 83

□ 6.) ■ 41

Ммы

Рисунок 10 - Влияние массы смеси (М, кг), доли контрольного компонента (ПНД, %) и длительности смешивания (Т, с) на неравномерность смеси (у, %)

В пятой главе «Производственная проверка смесителя. Рекомендации по использованию. Экономическая оценка» проведен технико-экономический анализ сравниваемых смесителей комбикормов.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого смесителя обеспечивает снижение эксплуатационных затрат на 25,4%. Годовая экономия составляет 43150 руб., при сроке окупаемости смесителя 0,8 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Необходимость разработки нового малогабаритного агрегата определяется требованиями высокой однородности получаемого комбикорма, а также пропускной способностью агрегата. Этого можно достичь за счет:

•уменьшения износа молотка;

•использования кинетической энергии, отданной молотковой дробилкой, и применения устройства порционного смешивания;

•ликвидации застойных зон и применения смесительного спирального элемента;

•исключения витания в воздухе смеси и использования устройства, исключающего разделение смеси на фракции.

2. Анализ факторов, влияющих на однородность получаемой смеси и пропускную способность агрегата, показал, что добиться высокой однородности © = 98 % получаемого комбикорма, а также пропускной способности агрегата Q = 0,5 т/ч возможно за счет изменения конструкции малогабаритного комбикормового агрегата, в частности:

•применения дополнительных дек, изменения расположения молотков и загрузочного патрубка;

•использования устройства порционного смешивания, смесительного спирального элемента и устройства, исключающего разделение смеси на фракции.

3. В соответствии с намеченными направлениями в разработке малогабаритного комбикормового агрегата предложенные конструктивно-технологические схемы функционирования смесителя комбикормов определили критерии оценки его технологического процесса; для снижения энергоёмкости процесса измельчения и улучшения качества получаемого продукта разработана конструктивно-технологическая схема молотковой дробилки.

4. Предложены конструктивные решения для реализации нового способа приготовления комбикорма: смесительный спиральный элемент; устройство порционного смешивания; устройство, исключающее разделение на фракции; цилиндрические пружины; расположение молотков и за-

грузочного патрубка; дополнительные деки. Разработка этих устройств потребовала расчета их геометрических размеров и конфигурации, в результате чего были получены соответствующие зависимости.

5. Обработка результатов многофакторного эксперимента позволила оптимизировать конструктивные и режимные параметры смесителя комбикормов (количество витков смесительного спирального элемента - N = 7; шаг смесительного спирального элемента - t = 22-102 м; высота смесительного спирального элемента - h = 1 м), значения которых были использованы при конструировании и настройке производственного образца для сравнительных испытаний.

6. Сравнение опытного смесителя комбикормов с серийным в составе малогабаритного комбикормового агрегата «Доза-Агро» показало высокую эффективность экспериментального образца. Пропускная способность опытного смесителя комбикормов на 25,5 % превосходит показатель серийного агрегата.

7. Дополнительная годовая прибыль при использовании одного смесителя комбикормов в расчете на 200 коров составила 43150 рублей, при сроке окупаемости 0,8 года.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Куспаков, A.C. Повышение однородности смеси за счет совершенствования конструктивной схемы смесителя / A.C. Куспаков // Межвузовская молодежная конференция «Новые технологии пищевых производств на рубеже XXI века». Вестник ОГУ. - 2011. - № 4. - С. 149 - 151.

2. Куспаков, A.C. Улучшение работы молотковой дробилки за счет совершенствования её конструктивной схемы / A.C. Куспаков // Известия Оренбургского ГАУ. - 2011. - № 3. - С. 72 - 74.

3. Куспаков, A.C. Экспериментальные исследования вертикаль-но-шнекового смесителя / A.C. Куспаков, В.Д. Поздняков // Известия Оренбургского ГАУ. - 2011. - № 3. - С. 74 - 76.

Патенты

4. Патент РФ № 2419490 МПК В02С13/04 Молотковая дробилка / Карташов Л.П., Поздняков В.Д., Куспаков P.C., Куспаков A.C.; заявл. 09.12.2009; опубл. 27.05.2011. Бюл. № 15,2011.

5. Патент РФ № 2424046 МПК B01F7/24 Смеситель / Карташов Л.П., Поздняков В.Д., Куспаков P.C., Куспаков A.C.; заявл. 09.12.2009; опубл. 20.07.2011. Бюл. № 20, 2011.

6. Патент РФ № 2424048 МПК B01F15/04 Смеситель / Карташов Л.П., Поздняков В.Д., Куспаков P.C., Куспаков A.C.; заявл. 19.11.09; опубл. 20.07.2011. Бюл. № 20,2011.

Публикации в сборниках научных трудов и материалов конференций

7. Куспаков, A.C. Исследование процесса качества смешивания в вертикально-шнековом смесителе периодического действия / A.C. Куспаков // Сб. научных трудов ГНУ ВНИИМЖ. Т. 21. Ч. 3. - М.: Россельхоза-кадемия, 2009. - С. 115 - 118.

8. Куспаков, A.C. Рекомендации по совершенствованию малогабаритной комбикормовой установки «Доза-Агро» / A.C. Куспаков. - Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2011. - 10 с.

А

9

Куспаков Артур Самрадович

СОВЕРШЕНСТВОВНИЕ МАЛОГАБАРИТНОЙ КОМБИКОРМОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ МАЛЫХ ФЕРМ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 15.08.2011. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Печать оперативная. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Заказ № 4136. Тираж 100 экз.

Издательский центр ОГАУ 460795, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18. Тел.: (3532) 77-61-43

Отпечатано в Издательском центре ОГАУ

Введение.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Зоотехнические требования, предъявляемые к качеству комбинированных кормов.

1.2 Классификация существующих комбикормовых агрегатов.

1.3 Обзор научных исследований процессов приготовления комбикормов.

1.3.1 Обзор научных работ по исследованиям процессов измельчения.

1.3.2 Обзор научных работ по исследованиям процессов смешивания.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА КОМБИКОРМОВОГО АГРЕГАТА.

2.1 Разработка конструктивно-технологической схемы малогабаритного комбикормового агрегата.

2.2 Расчет конструктивных параметров.

2.2.1 Определение параметров пружин.

2.2.2 Расчет параметров дробилок ударного действия.

2.2.3 Основные принципы смешивания.

2.2.3.1 Технологические характеристики смесителей

2.2.3.2 Технологические характеристики смесителей

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа экспериментальных исследований.

3.2 Методика исследований физико-механических свойств сухих концентрированных кормов.

3.3 Методика лабораторных исследований смесителя сухих кормов.

3.4 Методика производственных исследований смесителя комбикормов.

3.5 Методика проведения многофакторного эксперимента.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВЕРТИКАЛЬНО-ШНЕКОВОГО СМЕСИТЕЛЯ.

4.1 Предварительные исследования процесса смешивания в верти-калъно-шнековом смесителе периодического действия.

4.2 Обоснование рациональных параметров рабочих органов смесителя для получения предварительной смеси.

4.3 Обоснование рациональных технологических параметров опытного образца смесителя.

5 ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА СМЕСИТЕЛЯ. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА.

В структуре себестоимости производства мяса, молока и других продуктов животноводства наибольшую часть составляют корма. От качества подготовки их к скармливанию во многом зависят показатели работы животноводческих ферм и комплексов. Известно, что использование в рационах комбикормов, сбалансированных по питательным веществам, позволяет получить повышение продуктивности животных на 10.12%, а при обогащении рационов биологически активными веществами (аминокислоты, микроэлементы, антибиотики и т.д.) продуктивность возрастает на 25.30 % и более [1,13].

Приготовление комбикормов непосредственно в хозяйствах экономически целесообразно: существенно снижаются транспортные перевозки как внутри хозяйственные, так и внешние; максимально используется собственная кормовая база; появляется возможность оперативного изменения рецептуры комбикорма и его суточной потребности.

В настоящее время комбикормовая промышленность развивается по двум направлениям. Первое - наращивание мощностей крупных комбикормовых предприятий. Второе - разработка малогабаритных установок и цехов для приготовления комбикормов в условиях хозяйства из местного сырья с использованием покупных ингредиентов (белково-витаминных добавок, премиксов). Это направление является наиболее перспективным [18].

Для приготовления комбикормов в условиях ферм и фермерских хозяйств используют малогабаритные комбикормовые установки типа: «Доза-Агро».

Рабочий процесс малогабаритных комбикормовых установок не достаточно изучен и требует совершенствования, направленного на снижение энергоемкости и повышение качества готового продукта.

Настоящая научная работа выполнена в рамках темы «Влияние вибрационных и экструзионных воздействий на процессы механической переработки (растительных) материалов» (госрегистрация № 01200952373), включенной в тематический план отдела биотехнических систем Оренбургского научного центра Уральского отделения РАН на 2009 - 2011 г.г.

Основные положения, выносимые на защиту: конструктивно-технологическая схема и конструкция смесителя комбикормов;

•аналитические зависимости по обоснованию конструктивно-режимных параметров смесителя и молотковой дробилки; данные экспериментальных исследований разработанного смесителя, полученные в лабораторных и производственных условиях с целью установления оптимальных конструктивно-кинематических параметров.

Целью работы является обоснование оптимальных конструктивно-технологических параметров малогабаритного комбикормового агрегата, за счет совершенствования его конструктивной схемы.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих комбикормовых агрегатов и разработать перспективную-технологическую схему малогабаритного комбикормового агрегата, обеспечивающую высокую однородность готового продукта;

2. Теоретически выявить закономерности влияния конструктивно-кинематических параметров малогабаритного комбикормового агрегата на основные показатели его работы;

3. Разработать и изготовить опытный образец малогабаритного комбикормового агрегата, обосновать экспериментально оптимальные конструктивно-технологические параметры;

4. Провести лабораторные исследования малогабаритного комбикормового агрегата и оценить технико-экономическую эффективность применения результатов исследования в хозяйствах.

Объект исследования: процесс приготовления комбикормов на комбикормовых агрегатах.

Предмет исследования: установление зависимости эффективности функционирования комбикормовых агрегатов от их структурно-технологических особенностей.

Методика исследований; Достижение поставленнрй цели осуществлялось теоретическими и экспериментальными исследованиями, нацеленными на получение зависимостей, позволяющих установить оптимальные кинематические и технологические параметры малогабаритного комбикормового агрегата. .

Теоретические исследования включали изучение технологического процесса с применением методов классической механики, термодинамики и системы современных ЭВМ.

В экспериментальных исследованиях были использованы методы физического моделирования для проверки положений и выводов теории. С помощью расчетно-конструктивного метода на основе результатов экспериментального моделирования были получены оптимальные значения конструктивных и технологических параметров смесителя.

Результаты исследований обрабатывали с применением известных методов математической статистики, в частности, используя регрессионный и факторный анализ.

Научная новизна работы:

- совокупность теоретических и экспериментальных исследований, обосновывающих необходимость: улучшения качества смешивания и пропускной способности молотковой дробилки, повышение производительности, уменьшения энерго- и металлоёмкости.

- теоретические исследования, доказывающие возможность и необходимость регулирования смесителя и молотковой дробилки;

- аналитические зависимости, показывающие характер их изменения в зависимости от конструкции смесителя и молотковой дробилки.

Практическую ценность имеют:

- конструкция молотковой дробилки (патент РФ на изобретение

2419490);

- конструкция смесителя (патенты РФ на изобретение №2424046, №2424048 и положительное решение на. выдачу патента РФ на изобретение №2010104587);

- расчет режимных параметров смесителя;

- результаты проверки основных положений в лабораторных и производственных условиях.

Реализация результатов исследований:

Опытные образцы проходили проверку в ООО КХ «Колос» Саракташ-ского и в НПО «Южный Урал» Оренбургского районов, а также были внедрены в этих хозяйствах.

Апробация:

Общие положения диссертации доложены и одобрены на международной конференции ГНУ ВНИИМЖ «Машинно-технологическое обеспечение животноводства - проблемы эффективности и качества» (Москва, 2010 г., 2011 г.); межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургского ГУ (Оренбург, 2011 г.); на годичных семинарах кафедры «Механизация животноводства» ОГАУ (Оренбург, 2009 - 2011); на областной выставке научно-технического творчества. молодежи (Оренбург, 2011), где отмечены дипломом; на XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва, 2011), где отмечены дипломом.

Публикации:

По материалам диссертационной работы имеются 8 публикаций (в т.ч. 3 в изданиях, рекомендованных ВАК), получены 3 патента РФ на изобретения и 1 положительное решение.

Объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов, списка используемых источников (155 наименований) и приложений. Работа содержит 125 страниц машинописного текста, 6 таблиц, 43 рисунка и 2 приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Необходимость разработки нового малогабаритного агрегата определяется требованиями высокой однородности получаемого комбикорма, а, также пропускной способностью агрегата. Этого можно достичь за счет:

•уменьшения износа молотка;

• использования кинетической энергии; отданной молотковой дробилкой и применения устройства порционного смешивания;

•ликвидации застойных зон и применения смесительного спирального элемента;

•исключения витания в воздухе смеси и использования устройства, исключающего разделение смеси на фракции.

2. Анализ факторов, влияющих на однородность получаемой смеси и пропускную способность агрегата, показал, что добиться высокой однородности 0 = 98 % получаемого комбикорма; а также пропускной способности агрегата С* = 0,5 т/ч возможно за счет изменения конструкции малогабаритного комбикормового агрегата, в частности:

• применения дополнительных дек, изменения расположения молотков и загрузочного патрубка;

•использования устройства порционного смешивания, смесительного спирального элемента и устройства, исключающего разделение смеси на фракции.

3.В соответствии с намеченными направлениями в разработке малогабаритного комбикормового агрегата предложенные конструктивно-технологические схемы функционирования смесителя комбикормов определили критерии оценки его технологического процесса; для снижения энергоёмкости процесса измельчения и улучшения качества получаемого продукта, разработана конструктивно-технологическая схема молотковой дробилки. Новизна разработок защищена патентами на изобретение.

4. Предложены конструктивные решения для реализации нового способа приготовления комбикорма: смесительный спиральный элемент; устройство порционного смешивания; устройство исключающее разделение на фракции; цилиндрические пружины; расположение молотков и загрузочного патрубка; дополнительные деки. Разработка этих устройств потребовала расчета их геометрических размеров и конфигурации, в результате чего были получены соответствующие зависимости.

5. Обработка результатов многофакторного эксперимента позволила оптимизировать конструктивные и режимные параметры смесителя комбикормов (количество витков смесительного спирального элемента — N = 7; шаг смесительного спирального элемента — 1 = 22*10" м; высота смесительного спирального элемента - Ь = 1 м), значение которых были использованы при конструировании и настройке производственного образца для сравнительных испытаний.

6. Сравнение опытного смесителя комбикормов с серийным, в составе малогабаритного комбикормового агрегата «Доза-Агро», показали высокую эффективность экспериментального образца. Пропускная способность опытного смесителя комбикормов на 25,5 % превосходит показатель серийного агрегата.

7. Дополнительная годовая прибыль при использовании одного смесителя комбикормов в расчете на 200 коров составила 43150 рублей, при сроке окупаемости 0,8 года.

1. Завражнов, А.И. Механизация приготовления и хранения кормов /

2. A.И. Завражнов, Д.И. Николаев. -М.: Агропромиздат, 1990. 336 с.

3. Комбикорма и кормовые добавки: справочное пособие / В.А. Шаршу-нов и др.. М.: «Экоперспектива», 2002. - 440 с.

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

5. Коба, В.Г. Механизация и технология производства продукции животноводства / В.Г. Коба, Н.В. Брагинец, Д.Н. Мурускидзе, В.Ф. Некрашевич. М.: Колос, 2000. - 528с.

6. Коновалов, В.В. Совершенствование технологического оборудования кормления поросят-отъёмышей с разработкой и обоснованием параметров очистителя кормушек : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.20.01. Саратов, 1996. 156 с.

7. Коновалов, В.В. Механизация технологических процессов животноводства / В.В. Коновалов // Механизация приготовления и раздачи кормов. -Пенза : РИО ГСХА, 2002. Ч. 1. - 190 с.

8. Мухин, В.А. Механизация приготовления кормов / В.А. Мухин. Саратов : СГСХА, 1994. - 186 с.

9. Сыроватка, В.И. Производство комбикормов в колхозах и совхозах /

10. B.И. Сыроватка. -М.: Россельхозиздат, 1976. 62 с.

11. Жилин, Я.М. Оборудование для производства комбикормов и обогатительных смесей / Я.М. Жилин М. : Колос, 1997. - 157с.

12. Абалаков, A.A. Основные направления организации кормоприготов-ления и рациональное использование кормов / A.A. Абалаков // Журн. животноводство. 1977. - №10. - С. 79 - 85.

13. Алехин, A.B. Совершенствование технологической структуры кормоцехов для молочных ферм и комплексов : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.20.01. Ленинград, 1990. 16 с.112s