Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1 Общие понятия о сыпучих кормовых смесях и предъявляемые к ним требования 11
1.2 Физико-механические свойства сыпучих компонентов и их влияние на качество получаемой смеси 14
1.3 Основные требования к смесителям кормов 19
1.4 Вибрационное воздействие на смешиваемые материалы 22
1.5 Анализ принципиальных конструкций вибрационных смесителей 26
1.6 Обзор исследований по теории процесса смешивания 41
1.7 Обзор рекомендаций и выводов по организации процесса смешивания сыпучих материалов 45
1.8 Выводы по главе. Задачи исследования 53
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование основных параметров вибрационного смесителя 55
2.1 Выбор математической модели свободного слоя сыпучего материала при вибрациях 55
2.2 Теоретическое описание процесса смешивания сыпучих кормов с помощью перемешивающих элементов конической формы 56
2.2.1 Переход материальной частицы с плоской поверхности на коническую 57
2.2.2 Движение материальной частицы по конической поверхности перемешивающего элемента 61
2.3 Обоснование основных параметров конических поверхностей виброконтакта 70
2.4 Теоретические исследования движения частиц по коническим поверхностям виброконтакта JQ
2.4.1 Влияние амплитуды колебаний желоба на характер движения частиц
2.4.2 Влияние частоты колебаний желоба на характер движения частиц 74
2.4.3 Анализ теоретических исследований движения частиц по коническим поверхностям 7^
2.5 Выводы по главе 77
ГЛАВА 3. Методика экспериментальных исследований 78
3.1 Общие положения 78
3.2 Выбор сыпучей кормовой смеси 79
3.3 Оценка качества процесса смешивания 79
3.4 Отбор и обработка проб 82
3.4.1 Методы определения содержания в пробах контрольного компонента 84
3.5 Описание экспериментальной установки 87
3.6 Методика определения производительности вибрационного смесителя 92
3.7 Методика проведения экспериментов с использованием методов планирования 94
3.7.1 Методика проведения отсеивающего эксперимента 95
3.7.2 Методика движения по градиенту 97
3.7.3 Методика проведения планируемого многофакторного эксперимента 102
3.8 Методика обработки экспериментальных данных 107
3.9 Выводы по главе 108
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований 109
4.1 Результаты отсеивающего эксперимента 109
4.2 Результаты градиентного метода ПО
4.3 Результаты планируемого эксперимента 114
4.3.1 Анализ математической модели процесса 114
4.3.2 Определение зависимости однородности смеси от кинематических параметров смесителя
4.3.3 Определение зависимости однородности смеси от технологиче ских параметров смесителя 120
4.4 Обоснование оптимальных параметров вибрационного смесителя 124
4.5 Определение производительности вибрационного смесителя 125
4.6 Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований 126
4.7 Выводы по главе 127
ГЛАВА 5. Производственная проверка и расчет эконо мической эффективности внедрения вибрационного смесителя в производство 128
5.1 Результаты производственной проверки 128
5.2 Определение экономической эффективности от внедрения вибрационного смесителя в сельскохозяйственное производство 129
5.2.1 Определение технико-экономических показателей вибрационного смесителя по критерию энергетических затрат 130
5.2.2 Определение экономической эффективности применения вибросмесителя в стоимостной форме 134
5.3 Выводы по главе 141
Общие выводы 142
Библиографический список 143
Приложения 158
- Общие понятия о сыпучих кормовых смесях и предъявляемые к ним требования
- Выбор математической модели свободного слоя сыпучего материала при вибрациях
- Описание экспериментальной установки
- Определение зависимости однородности смеси от кинематических параметров смесителя
Введение к работе
Актуальность темы. Научными исследованиями и практикой доказано, что в комбикормах заложены большие резервы повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы. Скармливание зернофуража в виде дерти малоэффективно и экономически необоснованно. Простые кормовые смеси из нескольких видов зернофуража, сбалансированные по составу, дают значительно больший эффект, чем простая дерть, приготовленная из одной культуры [121].
С зоотехнической точки зрения важно не только ввести в состав кормо-смеси предусмотренные рационом компоненты в требуемом количестве, но и необходимо равномерно распределить их во всем объеме смеси.
Однородность смеси обеспечивает одинаковую питательную ценность корма во всех частях его объема. Использование для кормления животных неоднородных по своему составу смесей значительно снижает их продуктивное действие. Особенно важно хорошо распределить компоненты, вводимые в малых количествах и имеющие высокую кормовую ценность или биологическую активность: биовитаминные добавки, премиксы, микроэлементы, лекарственные препараты, витамины. Неравномерное их распределение в объемах смеси может привести к передозировке отдельным особям и, что не исключено, к заболеваниям и даже гибели животных и птицы [38, 54, 103].
Мальцев А.К.[68] обосновывает необходимость качественного перемешивания кормов тем, что «... привесы свиней, которым давали комбикорм с постоянной однородностью, повышаются на 50...150 г в день против привесов свиней, получавших комбикорм, однородность которого сильно колебалась. При этом расход кормов на получение 1 кг привеса при скармливании высокооднородных смесей снижается на 200...500 г. Еще большее влияние на рост животных оказывает однородность кормов, обогащенных микроэлементами, которые при повышенной концентрации, обусловленной неравномерностью смешивания, могут быть даже токсичными».
Аблаутову В.М. [3] удалось установить, что высокое качество смешивания кормов увеличивает привес животных до 10 %. Комаров Б.А. [52] отмечает, что скармливание комбикормов с высокой степенью однородности позволяет достичь существенной экономической эффективности при откорме животных.
Промышленностью выпускается множество различных типов и модификаций серийных смесителей сыпучих кормов. Однако, их применение в условиях хозяйств затруднено по ряду причин: сравнительно большие металле - и энергоемкость и низкое качество смешивания [103, 121].
Наиболее рациональным при смешивании сыпучих кормов является применение вибрационных смесителей, имеющих пониженный расход электроэнергии, высокую технологическую эффективность и простых по конструкции. Это подтверждается анализом ряда научных работ [38, 81, 103, 121].
Актуальность направления исследований подтверждается программой НИР кафедры сельскохозяйственных машин и механизации животноводства ФГОУ ВПО ОмГАУ «Совершенствование технологических процессов зональных сельскохозяйственных машин, повышение их агроэкологическои эффективности» (номер государственной регистрации 012.00002130).
Цель работы - повышение качества смешивания сыпучих кормов за счет применения вибрационного смесителя непрерывного действия.
Рабочая гипотеза заключается в том, что повышение однородности смеси может быть достигнуто за счет размещения внутри вибрационного смесителя сыпучих кормов рабочих поверхностей конической формы.
Объект исследования - процесс смешивания сыпучих кормов в виброжелобе с перемешивающими элементами, имеющими конические поверхности виброконтакта.
Предмет исследования - закономерности процесса взаимодействия сыпучих кормов с рабочими органами смесителя.
Научная новизна. Впервые исследован процесс смешивания сыпучих кормов в виброжелобе с перемешивающими элементами конической формы. Обоснованы геометрические параметры конических поверхностей виброкон такта и высота слоя. Получены дифференциальные уравнения, характеризующие движение частиц сыпучей среды и являющиеся математической моделью процесса смешивания сыпучих кормов. С применением ЭВМ составлена программа для вычисления теоретических траекторий движения частиц. На основании теоретических и экспериментальных исследований определены оптимальные конструктивные и кинематические параметры вибрационного смесителя сыпучих кормов, обеспечивающие получение стабильно высокого качества смеси. На конструкцию перемешивающих элементов конической формы получен патент на полезную модель № 41644 от 22.06.2004г. (приложение 13).
Методы исследования. При теоретических исследованиях применялись методы теоретической и технической механики, методы решения дифференциальных уравнений. При экспериментальном исследовании применялись методы планирования эксперимента и регрессионного анализа. При обработке результатов исследования - методы математической статистики, теории вероятностей, линейного программирования.
При теоретических исследованиях и обработке результатов экспериментов вычисления производились на ПЭВМ с использованием программ Math CAD, EXCEL.
На защиту выносятся:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований работы вибрационного смесителя сыпучих кормов;
- конструкция и оптимальные параметры вибрационного смесителя сыпучих кормов, обеспечивающие получение стабильно высокого качества смеси.
Практическая значимость. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета вибрационного смесителя сыпучих кормов. Определены его оптимальные конструктивные, кинематические и технологические параметры, обеспечивающие получение качества смеси, соответствующее зоотехническим требованиям. Результаты ис следования могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями при разработке оборудования комбикормовой промышленности.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований были доложены:
- на второй и третьей научных конференциях профессорско- преподавательского состава Тарского филиала ФГОУ ВПО ОмГАУ в период с 2002 по 2004 годы;
- на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО ОмГАУ в период с 2002 по 2007 годы;
- на научно-технической конференции, посвященной 55-летию факультета механизации сельского хозяйства ФГОУ ВПО ОмГАУ в 2005 году.
- на расширенных заседаниях лаборатории механизации животноводства ГНУ СибИМЭ СО РАСХН в 2007 и 2008 г.г.
Работа выполнена в период с 2001 по 2007 годы в ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет» на кафедре сельскохозяйственных машин и механизации животноводства в соответствии с программой НИР университета на 2001- 2005-2010 годы.
Пути реализации работы. Вибрационный смеситель сыпучих кормов внедрен в ОПХ им. Фрунзе Тарского района Омской области (приложение 11) и в учебный процесс ФГОУ ВПО ОмГАУ по дисциплине «Механизация и технология животноводства» (приложение 12). Омским ЦНТИ издан информационный листок «Вибрационный смеситель» для рассылки по запросам.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 научных статьи [21, 118, 155, 156], одна статья находится в печати, получено два патента на полезную модель [93, 94], оформлено два информационных листка [20, 136].
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложений.
Работа содержит 158 страниц машинописного текста, 13 таблиц, 40 рисунков и 13 приложений на 19 страницах. Библиографический список включает 162 наименования, в том числе 5 иностранных источников.
Во введении дано обоснование направления исследования, показана актуальность темы, кратко изложены основные научные положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» даны общие понятия сыпучей кормовой смеси, рассмотрены предъявляемые к ней требования. Охарактеризованы основные физико-механические свойства сыпучих компонентов и их влияние на качество получаемой смеси.
Приведены основные требования к смесителям кормов, дана классификация смесителей, доказана целесообразность применения вибрации при смешивании сыпучих кормов и рассмотрено вибрационное воздействие на смешиваемые материалы.
Выполнен анализ принципиальных конструкций вибрационных смесителей. Произведен обзор исследований, рекомендаций и выводов по теории и организации процесса смешивания сыпучих материалов. Определены задачи исследований.
Во второй главе «Теоретическое обоснование основных параметров вибрационного смесителя» произведен выбор математической модели свободного слоя сыпучего материала при вибрациях, выполнено,теоретическое описание процесса смешивания сыпучих кормов перемешивающими элементами конической формы. Теоретически обоснованы основные параметры вибрационного смесителя.
В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» произведен выбор сыпучей кормовой смеси. Рассмотрены методики оценки качества процесса смешивания, определения производительности вибрационного смесителя, проведения планируемого многофакторного эксперимента и обработки результатов эксперимента. Описана конструкция экспериментальной установки.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» отражены результаты отсеивающего эксперимента и градиентного метода. На основании результатов планируемого многофакторного эксперимента получена математическая модель процесса смешивания сыпучих кормов вибра ционным смесителем, выполнен анализ модели. Обоснованы оптимальные кинематические и технологические параметры смесителя. Сопоставлены результаты теоретических и экспериментальных исследований работы смесителя кормов.
В пятой главе «Производственная проверка и расчет экономической эффективности внедрения вибрационного смесителя в производство» представлены результаты производственной проверки и выполнены расчеты экономической эффективности от внедрения в производство вибрационного смесителя сыпучих кормов при приготовлении комбикормов из сырья местного производства.
На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований сделаны общие выводы по результатам работы.
Общие понятия о сыпучих кормовых смесях и предъявляемые к ним требования
Под названием «сыпучая среда» понимается совокупность большого количества твердых частиц. Иначе говоря, это механическая система из сыпучих материалов, крайними состояниями которой являются полное смешивание или полное распределение частиц между собой. При этом, если между частицами есть силы взаимного притяжения, то сыпучий материал называют связным, а если силы связи между частицами отсутствуют - идеальным [121].
Существует два определения смеси [18]. Первое подразумевает, что в каждом минимальном объеме смеси должно обеспечиваться расчетное весовое соотношение ингредиентов, которые подаются в смеситель с малой поверхностью их раздела, а перемешивание осуществляется за счет ряда последовательных деформаций в направлении, перпендикулярном поверхности контактов ингредиентов. Второе определение предполагает возможным преобразование струй ингредиентов в тонкие слои - полосы с последующим наложением таких слоев друг на друга, что в первом приближении и представлю ляет собой смесь.
Сыпучие кормовые смеси, в свою очередь, представляют собой сочетание частиц различных компонентов корма, внесенных в сыпучую среду в определенных пропорциях, и равномерно распределенных во всем ее объеме. Завершающей операцией в процессе приготовления кормовой смеси является смешивание, конечная цель которого - превращение некоторого перечня компонентов в кормосмесь с определенными свойствами. Другими словами, смешивание — это совокупность процессов направленного формирования однородных по составу, плотности и физико-механическим свойствам систем из набора требуемых компонентов.
Для перемешивания сыпучих продуктов применяют в основном два способа - гравитационный и принудительный (механический). [41].
К сыпучим кормовым смесям относятся, в первую очередь, комбикорма, приготовленные в строгом соответствии с рецептурой. В состав комбикорма входит значительное количество компонентов. Их номенклатура весьма широка: зерновые, отходы технических и мукомольного производств, корма животного происхождения, минеральные и витаминные добавки.
К зерновым компонентам относятся овес, ячмень, рожь, зерна бобовых культур, кукуруза и многое другое. В комбикормах, вырабатываемых отечественной промышленностью, зерно составляет 70-73 %, а в кормовых смесях, приготавливаемых в хозяйственных цехах и комплексах, - до 85 %.
Сопоставление содержания незерновых компонентов в отечественных комбикормах, по сравнению с зарубежными (США, Германия, Франция, Нидерланды), показывает, что в некоторых их отечественных они или совсем не используются, или применяются в очень малых количествах. Доля сухих молочных компонентов не превышает 1-1,1 %, в то время, как за рубежом, только сухой молочной сыворотки используется примерно в шесть раз больше [103].
Остатки технических производств получают в основном в процессе извлечения масла из семян масличных растений (подсолнечник, конопля, лен, хлопчатник). Остатки мукомольного производства, т.е. отруби, мучная пыль, зерновая сечка и подсев (щуплое и битое зерно), особенно ценны в кормопроизводстве.
Корма животного происхождения представляют собой побочные продукты мясокомбинатов и технологических линий убоя и обработки сельскохозяйственной птицы. Все большее распространение получают мясокостная мука, содержащая в одном килограмме 50 граммов сырого протеина, мясная -55 грамм, перьевая-80 грамм, кровяная-90 грамм [103].
Кроме этого, в состав комбикормов может входить рыбная мука, полученная из отходов рыбного промысла. В качестве минеральных добавок используют мел, поваренную соль, древесную золу. В рацион птицы включают известняк, ракушку. Озерный ил является ценной минеральной добавкой к рациону свиней.
К витаминным добавкам относятся сенная и травяная мука, труха, хвоя и специальные препараты, изготовленные промышленностью.
Комбикормовая промышленность производит полнорационные комбикорма, которые называют первичными, а также различные белково-витаминные, минеральные и другие компоненты, на основе которых в хозяйстве, добавляя зерно, вырабатывают так называемые вторичные компоненты. Первичные сбалансированы по всем питательным веществам и могут служить единственным источником корма для животных. Около 90 % производимых комбикормов являются первичными [48, 103]. Полноценные комбикорма, сбалансированные по основным элементам питания, микроэлементам и витаминам, оказываются на 25...30 % эффективнее обычных зерновых кормов [53].
За рубежом в качестве наполнителя комбикормов используется жом -до 6 % (в зонах сахарных заводов), меласса - до 7 % (в отечественной комбикормовой промышленности соответственно 0,03 и 0,15 %).
К комбикормам предъявляются определенные требования. Так, комбикорма для крупного рогатого скота должны отвечать требованиям ГОСТ 9268-90 «Комбикорма-концентраты для крупного рогатого скота». Однако в ГОСТе не оговаривается такое важное качество сыпучей кормосмеси, как однородность.
Доказано, что однородность имеет большое значение, поскольку суточный рацион, а тем более разовая выдача комбикорма животным, а особенно птице, очень мала. В отдельных случаях она исчисляется десятками граммов. В этом небольшом количестве должны содержаться все вещества, предусмотренные рецептурой комбикорма (премиксы, биовитаминные добавки и т.п.) [155].
В научных трудах Мальцева А.К. [68] говорится о значительном увеличении привесов свиней, которым давали комбикорм с постоянной однородностью. При этом существенно снижается расход кормов на получение 1 кг привеса.
Выбор математической модели свободного слоя сыпучего материала при вибрациях
При переходе материальной частицы с плоской поверхности на коническую, ввиду излома траектории движения возможно возникновение удара. Момент перехода может быть описан разными моделями:
1) Если полагать движение материальной частицы по поверхности (рис. 2.2), исключая возможность отрыва (модуль переносного ускорения ап мал в сравнении с модулем ускорения свободного падения g ), то приближение частицы к конусу обернется ударом по закону: тVk-mV0 = JAFdt, (2.3) где AF = Nk-NQ- внезапное изменение силы, действующей на точку, то есть ударная сила, Н; Nk = N0 cos/ - нормальная реакция конической поверхности, Н; N0 - нормальная реакция плоской поверхности, Н; у — угол наклона образующей конуса к его основанию. к (2.4) cosy л/і + к2 где к — коэффициент, представляющий собой отношение радиуса R основания конуса к его высоте Н. /////?/////////// У//////////////////
При таких условиях вектор действия ударной силы AF будет параллелен образующей конуса, поэтому формально движение точки дальше невозможно, так как скорость Vk не реализуется из-за препятствия.
2) Если считать, что точка не касалась плоскости в момент удара о конус (рис. 2.3), то ударная сила AF = Nk, тогда вектор Vk будет симметричен VQ=VT+V„ относительно плоскости, касательной к конусу в точке соударения. Причем, Vz лежит в касательной плоскости, а значит, зеркально отразится лишь Vn, которая затем складывается с вектором VT. Отсюда можно сделать вывод, что после удара вектор скорости повернется на угол 2у вокруг касательной к параллели конуса (рис. 2.4).
Интегрируя систему, можно обойтись только получением точек соударения с поверхностью. Условие движения с отрывом будет выглядеть следующим образом: та - N + Р + Ф ту = М-Р + Ф; (2Л0) При этом должно соблюдаться условие N=0, следовательно в момент перед отрывом точки от поверхности еще у = О, но уже N=0: (2.11) mg - тА sin cot sin а g - Asmcotsma Если g—Asina, то становится возможным движение материальной частицы с отрывом от поверхности. В данном выражении А — амплитуда ускорения в переносном движении, пропорциональная квадрату угловой скорости.
Режим работы смесителя, при котором реализуется третий вариант приближения материальной частицы к конической поверхности, является наиболее оптимальным. Можно предположить, что в этом случае будут созданы лучшие условия для подъема частицы на коническую поверхность.
Для описания процесса движения частицы по конической поверхности используются обобщенные криволинейные Гауссовы координаты — долгота и (угол вдоль параллели) и широта v (расстояние вдоль меридианы) (рис. 2.6).
В общем виде параметрическое уравнение любой поверхности имеет вид [112]:
Обобщенные силы вычисляются как коэффициенты в выражениях для элементарных работ всех сил на возможных перемещениях 8и и 5v. Для определения обобщенной силы механической системе дается такое возможное перемещение, при котором одна координата получает положительное приращение, а остальные координаты остаются без изменения (принцип «замораживания»). Вычисляя обобщенную силу Qu, дается приращение ди координате и при условии, что v=const (приращение Sv=0) и наоборот. При вычислении обобщенных сил придерживаются следующего порядка: 1) Выявляются активные силы, действующие на точку В данном случае - это: сила Fu - условная переносная сила инерции, наклонена под углом а к основанию конуса и перпендикулярна оси х. В проекции на оси координат вектор FUH = (О, A sin cot cos a,—A sin cot sin a) Сила веса P, вектор которой выражается Р = (0,0, mg) 2) Вычисляются элементарные работы всех выявленных активных сил на возможных перемещениях Зи, dv.
Дается элементарное положительное приращение 5и обобщенной координате и, при этом координата v остается постоянной, то есть приращение dv=0. В этом случае длина бесконечно малого перемещения соответствует длине вектораЗги =ruSu. Известно [112], что частные производные, с учетом выражений (2.12, 2.13)
Описание экспериментальной установки
С целью экспериментального изучения процесса смешивания сыпучих кормов была разработана и изготовлена лабораторная установка - вибрационный смеситель сыпучих кормов, схема и общий вид которого представлены на рисунках 3.1, 3.2 и 3.3 соответственно. В качестве прототипов были использованы установки, разработанные Евсеенковым СВ. [38] и Сражидди-новым А. [121].
В соответствии с программой экспериментальных исследований и современными тенденциями развития кормоприготовительной техники к лабораторной установке предъявлялись следующие требования: - возможность быстрого и удобного варьирования значениями основных параметров в допустимых пределах; - простота конструкции, обеспечивающая возможность быстрой сборки и разборки, как отдельных узлов, так и всей установки в целом; - сравнительно малая метало - и энергоемкость; - возможность непосредственного наблюдения за ходом технологического процесса; - свободный доступ к перемешивающим элементам; - возможность измерения выходных параметров при помощи простых приспособлений; - устойчивость работы на выбранных режимах; - надежность работы во время экспериментальных исследований.
Лабораторно-экспериментальная установка [21, 93] состоит из следующих основных узлов: опорной и поворотной рам, эксцентрикового привода, вибрационного смесительного желоба с перемешивающими элементами, рессор, бункерных дозаторов, контрольно-измерительных приборов и электрической аппаратуры.
Опорная рама представляет собой неразборную конструкцию, изготовленную из уголка 50x50. Она включает в себя нижние продольные балки 7 (рис.3.1), жестко соединенные между собой поперечинами. На продольных балках установлены косынки 9, передние 5 и задние стойки 7.
Схема лабораторно-экспериментальной установки: 1 —задние стойки; 2 - клиноременная передача; 3 - продольные уголки; 4 - поворотная ось; 5 - передние стойки; 6 - рама бункерных дозаторов; 7 - нижние продольные балки; 8 - перемычки; 9 - косынки; 10 - рессоры; 11 - виброжелоб; 12 - перемешивающие элементы (гребенки); 13 - стержни; 14 - регулировочная пластина; 15 - электрическая машина постоянного тока; 16 - ведущий шкив; 17 - бункеры-дозаторы; 18 - регулировочные механизмы; 19 - кронштейны; 20 - шатун; 21 - ведомый шкив; 22 - вал; 23 - корпусы подшипников; 24 - опорная плита
Основой поворотной рамы являются продольные уголки 3, к торцевой части которых жестко крепится опорная плита 24 эксцентрикового механизма, а на перемычках 8 при помощи болтовых соединений закреплены рессоры 10. Положение поворотной рамы можно изменять, что позволяет устанав ливать виброжелоб по отношению к горизонту в диапазоне 14 — 23 . При этом поворот осуществляется вокруг оси 4. В состав привода входят электрическая машина постоянного тока 15, клиноременная передача 2 и эксцентриковый механизм. Электродвигатель установлен на опорной площадке поворотной рамы. На его вал при помощи шпонки посажен ведущий шкив 16. Питание электродвигателя осуществляется от сети переменного тока 220 В через выпрямительную установку. Частоту вращения вала и, следовательно, частоту колебаний желоба можно менять при помощи реостата. Для натяжения приводного ремня 2 электродвигатель можно перемещать по направляющим скользящим отверстиям и (или) отклонять в противоположную от эксцентрикового механизма сторону.
Вал 22 приводного механизма установлен параллельно опорной плите и вращается в конусных подшипниках, расположенных в корпусах 23. На эксцентрик вала свободно посажена эксцентриковая полумуфта, имеющая два отверстия диаметром 4 мм. В зазоре между ней и нижней головкой шатуна 20 расположена бронзовая втулка, играющая роль подшипника скольжения. Верхняя головка шатуна шарнирно крепится к днищу желоба.
Для изменения амплитуды колебаний желоба необходимо повернуть полумуфту на определенный угол относительно эксцентрика вала и соединить ее через отверстия при помощи двух болтов с регулировочной шайбой, которая имеет пронумерованные отверстия. При этом амплитуда колебаний А желоба будет равна величине суммарного эксцентриситета R, которая в свою очередь, будет равна геометрической сумме постоянного эксцентриситета вала ех и установленного эксцентриситета е2 полу муфты, то есть A—R=el+e2. Таким образом, при повороте полумуфты на 180 амплитуда изменяется от 4,36 до 13,2 мм. Шатун выполнен жестким, что обеспечивает постоянную амплитуду колебаний виброжелоба во всем диапазоне частот работы смесителя.
Так как длина рессор и шатуна значительно больше величины суммарного эксцентриситета, то можно полагать, что все точки желоба двигаются не по дугам окружностей, а по их хордам и, что направление колебаний перпендикулярно рессорам.
Смесительный орган, изготовленный из оцинкованной стали, выполнен в виде открытого желоба квадратного сечения. Это позволяет наблюдать характер движения частиц и перемешивания слоя, а также отбирать пробы в любом месте смесителя. Виброжелоб установлен на рессорах, представляющих собой пластины из листовой стали толщиной 2,5 мм. Сверху рессоры крепятся к кронштейнам 19, а снизу к перемычкам 8.
Внутри желоба при помощи стержней 13 закреплены перемешивающие элементы (гребенки) 12, имеющие конические рабочие поверхности [93]. Угол наклона перемешивающих элементов к днищу желоба можно изменять в пределах 7-21, перемещая специальную регулировочную пластину 14 со сменными отверстиями. Каждая гребенка затылочной кромкой шарнирно крепится к днищу желоба. Передняя кромка гребенок имеет зубчатую пилообразную форму. Для интенсификации процесса смешивания на всех гребенках установлены ряды вертикальных конусов. Перемешивающие элементы имеют два исполнения, что позволяет получить относительное смещение вершин зубьев на Vi их шага.
Бункеры-дозаторы 17 выполнены из листовой стали и укреплены на собственной раме 6. Сверху они открыты, что облегчает процесс загрузки и позволяет следить за характером опорожнения. В нижней сужающейся части бункеров имеются регулировочные механизмы 18. Производительность дозаторов изменяется путем перемещения заслонок. Причем расходные щели бункеров параллельны днищу желоба, поэтому слои массы равномерно и непрерывно накладываются друг на друга в виде лент, обеспечивая, таким образом, организованную подачу компонентов смеси на перемешивающие элементы.
Определение зависимости однородности смеси от кинематических параметров смесителя
Влияние данной категории параметров на работу вибрационного смесителя сыпучих кормов следует рассматривать не только с точки зрения обеспечения достаточно высокого качества смеси, но и с учетом таких технико-экономических показателей, как производительность установки, металло- и энергоемкость процесса.
Количество перемешивающих элементов, установленных в виброжелобе, должно быть достаточным для получения заданного качества смеси. В то же время, чрезмерное увеличение их количества повлечет за собой увеличение продолжительности процесса, то есть снижение производительности. Кроме того, при литературном обзоре установлено, что с увеличением времени прохождения смеси через смесительный орган возможна сегрегация ее компонентов. Влияние угла наклона желоба к горизонту на работу смесителя примерно аналогично - он также влияет на произво дительность установки и время нахождения смеси под воздействием виб-рации.
В результате расчетов получены поверхности отклика - зависимости однородности смеси от количества перемешивающих элементов и угла наклона желоба к горизонту при фиксированных значениях амплитуды и частоты колебаний желоба, приведенные на рисунках 4.6 - 4.10. Результаты вычисления однородности смеси приведены в приложении 10.
При анализе поверхностей отклика следует отметить, что максимальная однородность смеси в = 97,05 % (рис. 4.8) достигается при 6-7 перемешивающих элементах и угле наклона желоба к горизонту 9 - 10. При этом амплитуда колебаний составляет 11 мм, частота колебаний 6 Гц. Кроме этого, по данным поверхностям отклика можно сделать следующие выводы:
1. Угол наклона желоба и количество установленных в нем перемешивающих элементов существенно влияют на однородность получаемой смеси. В установленном планом эксперимента диапазоне изменения этих параметров (п = 4 ... 8 шт; а = 7 ... 13) однородность смеси варьирует в пределах 59,88...97,05%.
2. Наибольшее значение однородности смеси обеспечивается значениями параметров, находящимися в области варьирования факторов.
3. Увеличение угла наклона желоба к горизонту отрицательно сказывается на качестве смеси, причем наибольший спад однородности в наблюдается при минимальном количестве перемешивающих элементов. Это объясняется повышением скорости прохождения массы по желобу и нехваткой вре мени на интенсивное перемешивание. Наиболее четко эта зависимость (снижение в с 75,04 до 63,26%) прослеживается при минимальной частоте колебаний желоба {со = 4,6 Гц) и А = 11 мм (рис.4.7). При увеличении количества гребенок кривая 0=f(a) становится пологой, так как смесь успевает перемешиваться.
4. Степень влияния количества перемешивающих элементов на однородность смеси наиболее четко прослеживается при максимальных значениях угла наклона желоба к горизонту. Причем, после прохождения массы 6 — 7 —го элемента качество смеси начинает ухудшаться, что объясняется сегрегацией частиц. Кроме того, чрезмерное количество гребенок ведет к увеличению подвижной массы смесительного органа и, как следствие, к росту динамических нагрузок на механизм привода.
5. При установке кинематических параметров на уровни, близкие к минимальным, кривая 6=f(n) становится более пологой (рис. 4.6), так как на таком режиме работы скорость продвижения массы по желобу снижается и увеличивается время виброконтакта частиц с гребенками.
Рациональным режимом работы смесителя считается такой режим, на котором добиваются максимального качества смеси, заданного зоотехническими требованиями, а также достигаются уровни производительности установки, метало— и энергоемкости процесса, выгодно отличающиеся от других режимов. Следовательно, выбрав рациональный режим работы смесителя, можно повысить эффективность процесса смешивания сыпучих кормов по сравнению с серийными машинами.
Как было установлено ранее (п. 4.1), определяющими качество получаемой смеси основными параметрами смесителя являются амплитуда и частота колебаний желоба, угол его наклона к горизонту и количество перемешивающих элементов. Построены графики зависимости 6=f(A,co,n,a) на различных режимах работы (п. 4.3.2 - 4.3.3). Величина отклика имеет экстремум в функции от всех факторов, что говорит об обоснованно принятых границах области построения плана эксперимента.
Анализируя зависимость однородности смеси от кинематических параметров смесителя, было установлено, что максимального качества смеси (#=96,64%) можно достичь при А = 12 мм, со = 5,5 Гц, /7 = 6 шт, а = 7. При анализе 9=f(n,a) максимальное качество смеси составило 97,05% на режиме = 11 мм, со = 6 Гц, п = 6 шт, а = 9 . Таким образом, в качестве оптимального режима работы вибрационного смесителя сыпучих кормов с коническими поверхностями виброконтакта, можно рекомендовать А = 11... 12 мм, со = 5,5...6 Гц, w = 6 шт, а = 1...9, при этом однородность смеси будет равна 96,8%.
На производительность вибрационного смесителя сыпучих кормов оказывают влияние следующие факторы: физико-механические свойства сыпучей смеси - объемная масса материала, гранулометрический состав, коэффициенты трения и транспортабельности; кинематические параметры смесителя - угол вибрации, частота и амплитуда колебаний, скорость перемещения массы; технологические параметры - коэффициент заполнения желоба, угол его наклона к горизонту, угол наклона гребенок к днищу желоба; конструктивные параметры - площадь поперечного сечения желоба, фрикционные свойства поверхностей.
Производительность вибрационного смесителя сыпучих кормов определяется в соответствии с методикой, изложенной в п. 3.6, с учетом оптимальных параметров смесителя, определенных в п. 4.4
Похожие диссертации на Обоснование основных параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов с перемешивающими элементами конической формы
