Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изучаемого вопроса 12
1.1. Научные предпосылки по подготовке кормов к скармливанию
1.2. Влияние подготовки кормов к скармливанию на потребление и эффективность использования
1.3. Анализ технологий и технических средств используемых при приготовлении корм 19
1.4. Цели и задачи исследования 38
2. Теоретические предпосылки по обоснованию эффективности приготовления стебельчатых до кормов
2.1. Обоснование рациональных параметров измельчающего барабана
2.1.1. Взаимодействие рабочего органа измельчителя-смесителя кормов
2.1.2. Силы, действующие на рабочий орган 44
2.1.3. Влияние скорости резания на процесс измельчения 46
2.2. Выброс частиц кормов баллистической лопаткой режущего барабана 49
2.3. Исследование режимов работы измельчителя-смесителя 57
2.4. Энергетическая оценка роторного измельчающего барабана 60
3 Программа и методика экспериментальных исследований
3.1. Экспериментальная установка 63
3.2. Программа исследований 68
3.3 Методики исследований 70
3.3.1 Частоты вращения режущего барабана 70
3.3.2 Линейной скорости питающего устройства. 71
3.3.3 Степени измельчения корма 72
3.4. Измерительные приборы 74
4. Результаты экспериментальных исследований 77
4.1. Определение режимов работы измельчителя 77
4.1.1. Линейная скорость питающего устройства 77
4.1.2. Частота вращения режущего барабана 78
4.1.3. Зазор между ножом и декой 80
4.2. Влияние рациональных режимов на: 80
4.2.1. Гранулометрический состав измельчённого продукта 80
4.2.2. Производительность измельчителя стебельчатых кормов 83
4.2.3. Потребную мощность измельчающего барабана 85
4.3. Аэродинамика пневмотранспортной системы измельчителя стебельчатых кормов 90
4.4. Исследование режущего элемента измельчающего барабана 97
5. Расчёт экономической эффективности 102
5.1. Исходные данные 102
5.2. Методика расчёта 103
5.3. Результаты расчёта 104
Общие выводы и предложения 109
Список использованной литературы 111
Приложения 125
- Научные предпосылки по подготовке кормов к скармливанию
- Обоснование рациональных параметров измельчающего барабана
- Экспериментальная установка
- Определение режимов работы измельчителя
Введение к работе
Агропромышленный комплекс является в настоящее время одним из самых важных производств, который поставляет населению продовольствие и сырьё промышленности. До 1990 года агропромышленный комплекс давал почти треть национального дохода страны. Политика девяностых годов не только не улучшила положение, но и привела к фактической утрате внутреннего рынка продовольствия и доля импортной продовольственной продукции в целом по стране превысила 50% [3].
Одной из наиболее актуальных проблем в сельском хозяйстве России является обеспечение населения продуктами животноводства, причем эта продукция, по возможности, должна быть конкурентоспособной.
Для полного удовлетворения потребностей в мясо-молочных продуктах необходимо развивать отрасль молочного скотоводства, что, в свою очередь, неразрывно связано с кормовой базой.
Животноводство в Российской Федерации - традиционно ведущая отрасль сельского хозяйства. В общем объёме производства сельскохозяйственной продукции на долю животноводческих продуктов приходится 65 - 70%. Однако производство продуктов животноводства велось экстенсивными методами, а переход к рыночной экономике привёл к существенному сокращению поголовья скота и его продуктивности [4].
Основой развития животноводства является прочная кормовая база. Однако в большинстве хозяйств страны заготавливается кормов недостаточно, качество их не удовлетворительное, что приводит к низкому уровню кормления животных. Для более полного обеспечения животноводства кормами, необходимо совершенствовать структуру кормовых площадей, укреплять материально-техническую базу кормопроизводства, улучшать естественные и искусственные сенокосы. Не менее важной задачей является разработка физио-лого-биохимических основ повышения эффективности использования кормовых ресурсов, особенно растительного происхождения [4].
Другим условием успешного решения задачи является совершенствование технологий и оптимизация подбора машин, оборудования для кормоцехов. Актуальность выполнения этого условия диктуется большой энергоемкостью животноводства. Отношение затрат энергии, приходящихся на животноводство, к аналогичному показателю в растениеводстве в настоящее время даже в высоко развитых странах составляет примерно 2,6...3,0 к 1,0.
Удельный вес процессов приготовления и раздачи кормов в совокупных затратах энергии на молочное скотоводство колеблется от 12 до 22%. На корма приходится до 75...80% в структуре себестоимости прироста живой массы животных и более 50% в себестоимости молока. Причем, в связи с постоянным ростом цен на энергоносители происходит постепенное увеличение приведенных выше показателей. Поэтому использование машин, позволяющих обрабатывать корма с минимальными затратами энергии, является одним из ключей к решению поставленной задачи.
Анализ состояния материально-технической базы в животноводстве, оснащённости ферм техникой показывает, что за годы реформ уровень падения этих составных частей технологии производства аналогичен или превышает уровень сокращения объёмов производства продукции в России за последние 10 лет. При этом имеется прямая связь и зависимость между уровнем оснащения ферм техникой и эффективностью и способностью отрасли выживать в условиях кризиса [46,47,48].
Большое значение для эффективного кормления животных имеет вопрос подготовки кормов к скармливанию. Переизмельчение корма приводит к увеличению затрат энергии и потерям при скармливании, а недоизмельчен-ный корм плохо поедается и усваивается животными, вызывает большие потери питательных веществ при хранении.
Исследованиям процесса измельчения различных кормов посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых, среди которых можно отметить В.П. Горячкина, П.А. Ребиндера, П. Риттингера, В.Л. Кир-пичёва,
7 В.А. Желиговского, B.A. Зяблова, СВ. Мельникова, Н.Е Резника, М.Б. Фабриканта и многих других.
Но, несмотря на это, промышленностью выпускаются кормоизмель-чающие машины, имеющие все еще высокую энергоемкость и металлоемкость, низкую технологичность, а качество измельченного материала не всегда полностью отвечает зоотехническим требованиям. До сих пор нет полного обоснования как конструктивных параметров, так и наиболее эффективных режимов работы измельчителей, не учитывается разнообразие физико-механических характеристик исходных кормовых материалов.
Особо остро встает вопрос об обеспечении техническими средствами (измельчители кормов) лично-подсобных, фермерских хозяйств и малых ферм.
Важную роль в технологических процессах приготовления кормо-смесей играет операция смешивания. Теоретические основы ее совершенствования, а также разработки средств механизации приготовления кормовых смесей изложены в работах A.M. Григорьева, Р.Л. Зенкова, А.А. Лапшина, Е.А. Раскатова, П.К. Жевлакова, Г.М. Кукты, Ф.К. Новобранцева, Ф.Г. Стукалина, А.Ш. Финкельштейна, СВ. Мельникова и многих других ученых. Результаты смешивания сказываются как на продуктивности животных, так и на сохранности кормов. Данная операция требует дополнительных затрат энергии, которые относятся на себестоимость корма. В то же время существующие смесители малопроизводительны и не всегда обеспечивают требуемого качества смеси.
В связи с вышеизложенным разработка и обоснование измельчителя смесителя кормов, его рабочих органов, направленные на обеспечение фермерских хозяйств и малых ферм современной техникой, снижение энергоемкости при хранении и подготовки кормов к скармливанию является актуальной и важнейшей народнохозяйственной задачей.
Однако с помощью даже самых лучших машин нельзя комплексно
8 решить проблему повышения эффективности животноводства. Только рациональное сочетание оптимального набора средств механизации и соответствующих технологических приемов, обеспечивающих минимальную себестоимость продукции при максимальном ее производстве, дает ключ к решению данной проблемы.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Всероссийского научно-исследовательского и проектно-технологического института механизации животноводства на 2001-2005гг. по государственной программе «Создание техники и энергетики нового поколения и формирование эффективной иженерно-технической инфраструктуры агропромышленного комплекса» (Программа 12, задание 02.02.).
Целью диссертационной работы является разработка и обоснование параметров измельчителя кормов с одновременным их смешиванием, для малых ферм, лично-подсобных и фермерских хозяйств, обеспечивающего снижение энергетических и материальных затрат, потерь кормов и повышения их качества.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи исследований:
-на основе патентного поиска и анализа результатов исследований, определить основное направление в создании измельчителя кормов для лично-подсобных, фермерских хозяйств и малых ферм;
-теоретически обосновать основные параметры рабочих органов измельчителя кормов;
-разработать конструктивно-технологическую схему измельчителя стебельчатых кормов малой производительности;
-изготовить экспериментальный образец и провести его испытание;
-определить аэродинамические, энергетические, экономические показатели и их зависимости;
9 Объект исследования. Экспериментальный образец измельчителя и процесс, обеспечивающий измельчение и смешивание кормов.
Предмет исследования. Закономерности основных технологических показателей работы измельчителя на качество измельчения кормов в зависимости от переменных параметров установки.
-теоретически обосновать основные параметры рабочих органов измельчителя кормов;
-разработать рациональную конструкцию измельчителя кормов малой производительности;
-изготовить экспериментальный образец и провести его испытание;
-определить аэродинамические, энергетические, экономические показатели и их зависимости;
Объект исследования. Экспериментальный образец измельчителя и процесс, обеспечивающий измельчение и смешивание кормов.
Предмет исследования. Закономерности основных технологических показателей работы измельчителя на качество измельчения кормов в зависимости от переменных параметров установки.
Научная новизна.
-на основе разработанной классификации измельчителей обоснована новая конструктивно-технологическая схема измельчителя кормов;
-проведены теоретические исследования и определены основные математические зависимости для обоснования рациональных параметров рабочих органов измельчителя кормов;
-получена модель функционирования рабочего процесса с использованием теории планирования эксперимента;
-материалы исследований основных значений факторов, оказывающих наибольшее влияние на процесс качественного измельчения кормов;
-новизна измельчителя кормов подтверждена патентом РФ на изобре-
10 тение №3342114 «Измельчитель стебельчатых кормов».
Практическую ценность имеют:
-результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию конструктивных параметров измельчителя кормов;
-конструкция экспериментального измельчителя кормов, обеспечивающая измельчение стебельчатых кормов в соответствии с зоотехническими требованиями и одновременное смешивание 2-3-х видов корма, что может быть использовано при заготовке комбинированного силоса (патент РФ №2242114);
-аналитические выражения для определения производительности и мощности, необходимой для процесса измельчения стебельчатых кормов;
-снижение затрат ручного труда на приготовление и раздачу кормов в виде кормовой смеси, сокращение потерь кормов и более эффективное их использование.
Апробация. Основные положения диссертации были доложены и одобрены: на Международных научно-практических конференциях ВНИ-ИМЖ (г. Подольск) - 2003, 2004, и 2005 годы; на научно-практической конференции СПбГАУ (г. Санкт-Петербург-Пушкин) 2003 год; на Международной научно-практической конференции ГКСХА (г. Кострома), 2004 год, на научно-практической конференции Великолукской ГСХА, 2005 год.
На защиту выносятся:
-теоретические предпосылки по обоснованию технологических, конструктивных и режимных параметров измельчителя кормов;
-математические модели рабочего процесса и рациональных параметров измельчителя;
-практические результаты выполненных исследований и их энергетическая и экономическая эффективность;
-конструкция измельчителя стебельчатых кормов для лично-подсобных (ЛПХ), фермерских хозяйств и малых ферм.
Публикации Основные положения диссертации опубликованы в 6 работах, в том числе одно учебное пособие и один патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений.
Работа содержит 151 страницу, 41 рисунок, 11 таблиц и 15 приложений. Список литературы включает 158 наименований, в т.ч. 5 на иностранном языке.
Автор выражает глубокую благодарность за методическую и практическую помощь при проведении лабораторных исследований и оформлении диссертации сотрудникам лаборатории механизированных технологий производства молока и говядины ГНУ ВНИИМЖ доктору технических наук Резнику Е.И., ведущим инженерам-конструкторам Повалихину Н.В., Аксеновой В.П.
Научные предпосылки по подготовке кормов к скармливанию
Подготовленный для скармливания сельскохозяйственным животным корм должен отвечать зоотехническим требованиям, указанным в соответствующих стандартах или технических условиях на корма.
В технологии приготовления кормов самым распространённым и простым процессом является измельчение, отвечающее обусловленным требованиям физиологии кормления животных. Поскольку питательные вещества усваиваются организмом животного только в растворённом виде, а скорость обработки частиц корма желудочным соком прямо пропорциональна площади их поверхности, в результате измельчения корма образуется множество частиц с высокоразвитой поверхностью, что способствует ускорению процессов пищеварения и повышению усвояемости питательных веществ [69,86].
Наряду с законами распределения частиц продуктов измельчения по их размерам теория измельчения изучает функциональные зависимости между затратами энергии на процесс измельчения материала и степенью измельчения.
Для определения работы измельчения ещё в прошлом веке были предложены две энергетические теории: поверхностная и объёмная.
Поверхностная теория была сформулирована немецким учёным П.Риттенгером в 1867 г. По этой теории работа, необходимая для измельчения тела, прямо пропорциональна площади вновь образованной поверхности т.е. AR=f(AS), (1.1) где AS - площадь вновь образованной поверхности (приращение удельной площади поверхности). Поверхностная теория более применима для оценки процессов тонкого измельчения, когда получается продукт с высоко развитой удельной площадью поверхности. Объёмная теория разработана русским учёным-механиком В.Л. Кир пичёвым (1874), а позднее - применительно к процессам дробления полезных ископаемых немецким профессором Ф.Киком (1885). По Кирпичёву - Кику затраты работы Ак на измельчение тела прямо пропорциональны объёму AV деформированной части тела, т.е. Ак=/ (Д V). Но деформированная часть объёма AV пропорциональна первоначальному объёму V всего куска, т.е. AV = ку. Следовательно, Ak =KKlV = K2V = KkDi или Ак=К2Г = К2рт = К кт, (1.2) где Кк и К к - коэффициенты пропорциональности в формулах по теории Кирпичёва - Кика; т - масса дробимого куска, кг. Объёмная теория Кирпичёва-Кика даёт более точные результаты в расчётах процессов грубого измельчения, при котором основная часть энергии затрачивается на упругие деформации тела, а удельная площадь поверхности при этом изменяется незначительно. Более полувека сторонники поверхностной и объёмной теорий вели споры между собой, пытаясь доказать преимущество одной из них, но сделать этого не удалось, т.к. одна и вторая теория страдают односторонностью и не учитывают влияния конкретных условий процесса измельчения на его энергоёмкость. В связи с этим появилась другая примирительная теория Ф. Бонда (1952), объединяющая две предыдущие. Было сделано допущение, что работа, расходуемая на измельчение, пропорциональна среднему геометрическому из объёма и площади поверхности измельчаемого куска. Ав = K4VS = KjKJ? KRD2 = KBD2 5 (1.3) Позднее русский учёный А.К. Рунквист (1956) и американский Р. Чарльз (1958) предложили эмпирическое уравнение dA = -Cd{dSI5z), (1.4) где А — работа; 8 - характерный размер куска или частицы; д, С и z - коэффициенты. Академик П.А. Ребиндер (1928) учитывая недостатки поверхностной и объёмной теории, предложил для оценки работы измельчения следующую формулу, названную в последствии основным законом измельчения: A = f(AV) + fx(AS), (1.5) где AV - объём деформированной части тела; AS - приращение удельной площади поверхности материала. Д Опираясь на основной закон измельчения СВ. Мельников (1952) предложил эмпирическую рабочую формулу для определения затрат работы на измельчение: Аизм=Спр[су\ёЛ + С5(Л-1)} (1.6) где Л - степень измельчения; Су - постоянный коэффициент (Дж/кг) выражающий работу упругих деформаций при принятом методе механических испытаний зерна, отнесённую к единице его массы; Cs — постоянный коэффициент представляющий собой работу, затрачиваемую на образование новых поверхностей при измельчении 1 кг зерна; Спр - коэффициент процесса, характеризует влияние других неучтённых факторов, которые проявляются в рабочем процессе измельчителя: свойства материала, способ измельчения, конструктивные особенности измельчителя. Теорию резания лезвием разработал академик В.П. Горячкин [119]. Дальнейшее развитие она получила в трудах академика В.А. Желигов ского и профессора Н.Е. Резника [120] а также в трудах других учёных.
Н. Ахметов, М. Горбунов, П. Аюгин в своих работах [121,122,123] исследовали влияние влажности кормового сырья на энергоёмкость резания. М.П. Горбунов в своих работах говорит о целесообразности измельчать сырьё при влажности 8 и 12 % или выше 23 %. При влажности 75 % энергия уменьшается на 25 - 35 %. Н. Ахметов утверждает, что влажность стеблей на усилие резания не оказывает влияния. П.Н. Аюгин доказывает, что увеличение влажности способствует зарождению трещин, что объясняется незначительным снижением расхода энергии при измельчении материала влажностью 65 — 73 %. Исследованиям резания стебельчатого сырья посвящено немало работ профессора Н.Е. Резника [124,125,126,127]. Им выведено понятие коэффициента полезного резания. Лрез + Аст где Арез — полезная работа резания, Аст - работа на сжатие слоя. Исследованиями СВ. Сабликова и B.C. Швеца установлено, что на предварительное уплотнение расходуется до 30 % всей энергии [128,129]. В данных работах приведены аналитические и экспериментальные исследования по расчёту параметров лезвия: угол заточки ножа, острота лезвия, угол установки режущего органа и ножа, толщина лезвия и длина ножа.
Обоснование рациональных параметров измельчающего барабана
Во время работы измельчителя взаимодействие лезвия с измельчаемым материалом характеризуется сложными физическими явлениями, которые не поддаются строгому аналитическому описанию. Только при сочетании теории с экспериментом возможен подход к пониманию полной физической картины этого процесса.
Величина силы резания зависит прежде всего от геометрических параметров режущего элемента и прочностных характеристик измельчаемого материала. Кроме того известно, что сила резания зависит от способа резания и динамики воздействия ножа с измельчаемым материалом.
Академик Горячкин В.П. доказал, что при быстром движении ножа и бесподпорном резании деформация сосредотачивается на поверхности в месте действия лезвия, убывая по законам колебания от этого места [27]. Также Го-рячкиным получено аналитическое выражение для определения работы резания: La = -Fl+P-F2-(} + f gT) (2.1) где р - давление на единицу длины ножа; Fx - площадь предварительного сжатия слоя лезвия; Fx f1 - коэффициент скользящего резания. Первый член уравнения / - это работа на уплотнение разрезаемого слоя лезвием ножа. При увеличении скорости резания Fx стремится к нулю, следовательно, энергоёмкость процесса уменьшается. Н.Е.Резник показывает, что при скорости резания более 20 м/с наблюдается снижение энергоёмкости [92].
Из теории разрушения следует, что если в частицах предельное напряжение сдвига при ударе или срезе, превышает сила сцепления атомов, частица разрушается. Энергия разрушения определяется созданными внешней силой предельными упругими деформациями.
Однако, при разрушении частицы испытывают и пластические деформации, величина и удельные значения которых зависят от способа приложения силы, природы тела, размера частиц. При механическом разрушении обнаружена общность изменения структуры кристаллов. Разрушению препятствует пластическая деформация, на создание которой затрачивается работа внешней силы [112].
Удельное поверхностное натяжение. Это чаще всего объясняется отклонениями от строгого расположения атомов в кристаллической решётке, т.е. дефектностью структуры и технологическими нарушениями сплошности материала - трещинами. Согласно теории А.Г. Гриффитса расхождения в прочностях объясняется наличием зародышевых трещин, которые приводят к большой концентрации напряжений в упругом состоянии и описываются зависимостью: где Lm - длина трещин.
Следовательно, трещина, достигнув критических значений становится неустойчивой и вследствие этого возникает разрушение. Теории разрушения материала ударом посвятили свои работы Д. Ирвин, В.И. Лихтман, А. Надои и ДР[П2].
Попытка решения задачи по определению затрат энергии на разрушение материалов при свободном ударе была сделана Риттенгером, затем В.Н. Кирпичёвым, Кикком, Л.Б. Левинсоном, П.А. Ребиндером [102].
Они предлагали, что тело кубической формы D разрушается до кубов с ребром d. Принимая, что на образование единицы поверхности при измельчении материала затрачивается определённая энергия, они определяли эту энергию
Исследования проведённые П.Н.Аюгиным, показали, что при резании микрозубцы лезвия под действием нормальных сил ударяют по оболочке стебля, т.е. по армирующим нитям [6]. Стебель имеет мелкие поры, которые при ударе превращаются в небольшие трещины и приводят к большой концентрации напряжений в упругом состоянии. Вблизи поверхности материала (на кристаллитах и микрофиллах) сосредоточено основное количество дефектов. Облегчающих образование трещины, а на границе контакта материала с лезвием - наибольшие напряжения, т.е. локализация и концентрация разрушающей энергии.
Распространение трещин происходит зигзагообразно, т.е. в местах сжатия от удара микрозубцов распространяемая трещина встречает непреодолимые препятствия и отражается от них.
При ударе в образовавшиеся трещины внедряется нож и в силу того, что толщина ножа значительно больше анатомических микроэлементов стебля, увлекает за собой частицы этого материала, образуя рваную поверхность среза. Тем самым увеличивается сила сопротивления срезу. При этом имеют место разного рода смятия, изгиб концов разрушенных нитей.
В зависимости от чистоты поверхности и угла заточки, а также от материала, из которого выполнено лезвие, геометрия микрозубцов и их прочность будут разными. Таким образом, увеличивается поверхность контакта, поэтому они смогут захватить большие поверхности растительного материала. При скользящем резании под действием нормальных сил микрозубцы лезвия внедряются в образованные ими «опасные» трещины и под действием касательных сил увлекают за собой частицы этого материала. В результате уменьшается сила сопротивления резанию.
Основным показателем эффективности энергосберегающего рабочего органа являются энергозатраты на процесс резания, который оценивается удельной энергоёмкостью.
При измельчении корма на рабочий орган действует сила сопротивления резанию. Эта сила является результатом различных деформаций корма, трения корма о поверхность рабочего органа, трения рабочего органа о неиз-мельчённую часть корма по дуге резания и т.д.
Условно принято, что сила резания равна окружной силе, которая создаётся крутящим моментом на валу ротора. Под действием силы резания со стороны корма на рабочем органе возникает сила сопротивления , равная силе резания и направленная в противоположную сторону (рис. 2.1).
Сила сопротивления корма на режущей кромке лопасти может быть представлена составляющими Rx и Ry, величина и направление которых изменяются с изменением R0g и зависят от от угла Д, наклона её к горизонту.
Экспериментальная установка
На основании принятой программы исследований для проведения эксперимента Всероссийским научно-исследовательским и проектно-технологическим институтом механизации животноводства, совместно с кафедрой механизации животноводства Великолукской ГСХА была разработана экспериментальная установка (рис.3 Л, 3.2)
Экспериментальная установка измельчителя-смесителя стебельчатых кормов включает в себя одноосный полуприцеп на котором смонтированы цепочно-планчатый транспортёр (заимствованный от КТУ-10), приёмный бункер, режущий барабан, противорез уплотняющий, два электродвигателя и выгрузной дефлектор. Режущий барабан и барабан противорез уплотняющий (рис 3.3, 3.4, 3.5) приводятся в движение от электродвигателя мощностью 7,5 кВт через клиноремённую передачу и имеют частоту вращения 1750 об/мин. Подающий транспортёр получает вращение от электродвигателя мощностью 1,5 кВт и частотой вращения 550 об/мин. Загрузка в приёмный бункер исходного сырья для измельчения происходит погрузчиками типа ПГ-0,2, ПЭ-0,8 или вручную. Рис. 3.2. Экспериментальная установка 1 - электропривод; 2,4 - одноосный полуприцеп; 3 - цепочно-планчатый транспортёр; 5 - приёмный бункер; 6 - уплотняющий барабан-противорез; 7 -направляющая гребёнка; 8 - выгрузной патрубок; 9 - режущий барабан; 10 -опорное колесо. Работает измельчитель-смеситель следующим образом: корма с помощью технических средств или вручную загружаются в приёмный бункер. С пульта управления сначала включается в работу режущий барабан, а затем транспортёр и барабан-противорез. Рис. 3.3. Конструктивная схема режущего барабана 1 - нож с лопастью; 2 - цилиндр; 3 - ось; 4 - диск; 5 - диск; 6 - ось; 7 - подшипник; 8 - шкив. 9Ц Рис. 3.4. Конструктивная схема барабана протиеореза уплотняющего 1 - цилиндр; 2 - диск; 3 - вал; 4 - пластина противорежущая.
Режущий барабан (рис.3.3, 3.5) в паре с ножами барабана-противореза (рис 3.4)измельчает корма и подаёт их по пневмопроводу в транспортное средство или на пол. Краткая техническая характеристика измельчителя-смесителя стебельчатых кормов приведены в таблице 3.1. Рис.3.5. Режущий барабан Таблица 3.1 Краткая техническая характеристика измельчителя-смесителя стебельчатых кормов Наименование Показатели Производительность, т/ч 1...1,5 Установленная мощность эл.двигателей, кВт 6,6 Диаметр режущего барабана, мм 500 Частота вращения режущего барабана, об/мин 1800 Диаметр барабана-противореза, мм 400 Окружная и линейная скорость барабана-противореза и транспортёра, м/сек 0,025 Габаритные размеры, мм -длина -ширина -высота 4500 10002000 Перекрытие ножей режущего и уплотняющего барабана, мм 40 Ёмкость бункера, м3 1,0 3.2 Программа исследований Исходя из поставленных задач, результатов теоретического обоснования, составлена программа экспериментальных исследований (рис 3.6) рабочих органов измельчителя-смесителя стебельчатых кормов:
-Изучить влияние частоты вращения режущего барабана, величины зазора между ножом и декой на гранулометрический состав измельчённой массы, производительность и потребную мощность измельчающего барабана.
-Изучить влияние линейной скорости питающего устройства на гранулометрический состав измельчённой массы, производительность измельчителя-смесителя стебельчатых кормов.
-Провести исследования методами планирования эксперимента рабочего процесса измельчителя-смесителя.
-Усовершенствовать конструктивно-технологическую схему измельчителя-смесителя и оптимизировать параметры её рабочих органов.
-Установить область рационального сочетания параметров рабочих органов измельчителя-смесителя стебельчатых кормов.
-Провести технико-экономическое обоснование предлагаемых решений. На этапе лабораторных исследований основная задача состояла в том, чтобы выявить зависимость критериев оптимизации от факторов которые мы изменяем в эксперименте. В таблице П.1 представлены выбранные нами варьируемые факторы в кодированном виде. В качестве критериев оптимизации принимаем следующие: гранулометрический состав (1, мм), производительность (Q, т/ч), потребная мощность измельчающего барабана (Р, кВт).
Определение режимов работы измельчителя
В пункте 3.3.2 приведен порядок замера линейной скорости питающего устройства. Для того чтобы определить оптимальные режимы линейной скорости для проведения эксперимента, транспортёр питающего устройства прокручивали вхолостую несколько раз меняя диапазон скорости с минимальной до максимальной, при этом количество кормовой массы находящейся на транспортёре не меняли.
По данным В.И.Курдюмова (2002), одной из основных характеристик измельчителей, влияющих на энергоемкость и качество измельчения, а также на пропускную способность машины является скорость транспортирования корма.
Увеличение подачи корма в зону измельчения снижает удельные энергозатраты, но на степень измельчения существенного влияния не оказывает, в то же время увеличивается пропускная способность агрегата.
При проведении исследований особое внимание нами уделялось на производительность измельчителя и аэродинамику выгрузки измельченного корма.
Момент начала вылета измельченной массы через выгрузной дефлектор фиксировался и производился замер линейной скорости питателя, который составил 0,010 м/с.
С увеличением скорости питающего транспортера с 0,02 до 0,04 м/с потребная мощность измельчителя возрастает на 12% при увеличении длины резки с 33 до 53 мм на 60%.
Затем мы постепенно увеличивали скорость питателя и выяснили, что при скорости большей 0,040 м/с режущий аппарат начинал захлёбываться и в результате этого, резко увеличивалась нагрузка на двигатель.
Таким образом, для эксперимента были определены интервалы варьирования линейной скорости и среднее значение её, которое составило 0,025 м/с (П.6).
Одним из наиболее значимых и мало изученных среди контролируемых и управляемых факторов является скорость резания. Скорость резания, в свою очередь, является функцией частоты вращения измельчающего барабана, окружной скорости ножей и радиуса барабана.
Увеличение частоты вращения ротора увеличивает степень измельчения и удельные энергозатраты, при этом средневзвешенная длина частиц готового корма изменяется незначительно.
Уменьшение частоты вращения ротора по сравнению с оптимальной, по данным Н.Ф.Баранова (2001) вызывает снижение степени измельчения. Так, уменьшение частоты вращения на 27...29% приводит к снижению степени измельчения на 26%.
В разделе 3.3.1 описана методика определения частоты вращения режущего барабана измельчителя-смесителя. Для определения рациональных-режимов варьирования частоты вращения меняли шкивы на валу режущего барабана, замеряя частоту вращения часовым тахометром (П.7).
Данные исследований показывают, что с увеличением числа оборотов в 1,88 раза, степень измельчения грубого корма возрастает в 2,18 раза, что согласуется с результатами других исследователей (Резник Е.И., Баранов Н.Ф. и ДР-) Особое внимание уделялось тому, как проходит процесс измельчения и соответственно выгрузки, поскольку вместе с ножами на режущем барабане располагаются выгрузные лопатки. Аналогично предыдущему пункту были определены интервалы варьирования частоты вращения режущего барабана, которые составили 2350 мин"1, 1850 мин"1 и 1350 мин 1. 4.1.3. Зазор между ножом и декой На степень измельчения наибольшее влияние оказывает скорость движения выгрузного транспортера, с ее уменьшением увеличивается время нахождения материала в зоне измельчения и повышается степень измельчения.
При увеличении зазора между нижним ротором и конвейером крупность частиц увеличивается в среднем на 3%.
В процессе проведения исследований изменяли зазор между ножом и декой. Минимальным был принят зазор равный 5 мм, поскольку меньшее его значение приводило к переизмельчению корма при пробном испытании установки.
Постепенно увеличивая зазор между ножом и декой (П.5), установили, что значение зазора в 10 мм является наиболее рациональным, так как дальнейшее увеличение зазора было бессмысленно. Это объясняется тем, что больший зазор приводил к некачественному измельчению кормовой массы, увеличению ее длины на выходе, что не соответствует зоотехническим требованиям, предъявляемым к корму.
Таким образом, определены оптимальные значения для эксперимента. Минимальный зазор между ножом и декой в5 мм, максимальный 10 мм, а среднее значение 7,5 мм.
