Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние механизации подачи материала в пресс-экструдер 10
1.1 Анализ конструкций питателей пресс-экструдеров 10
1.2 Требования, предъявляемые к питателям пресс-экструдеров 14
1.3 Классификация смесителей-дозаторов пресс-экструдеров 15
1.4 Анализ экспериментальных и теоретических исследований смешивание и дозирования кормосмесей 18
1.5 Цель и задачи исследований 40
2 Теоретические исследования процесса работы смесителя-дозатора пресс-экструдера 42
2.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы устройства. Схема проведения исследований 42
2.2 Обоснование производительности смесителя-дозатора 49
2.3 Обоснование параметров лопастной мешалки 54
2.4 Затраты энергии на смешивание-дозирование материала 60
Выводы 71
3 Программа и методика экспериментальных исследований 72
3.1 Программа экспериментальных исследований 72
3.2 Общая методика экспериментальных исследований 75
3.3 Описание лабораторной установки 76
3.4 Методика экспериментальных исследований
3.4.1 Методика определения физико-механических свойств кормов 80
3.4.2 Методика определения производительности, неравномерности дозирования 81
3.4.3 Определение равномерности смешивания 84
3.4.4 Методика определения удельной энергоёмкости 85
3.5 Методика обработки результатов 87
Выводы 88
4 Результаты и анализ экспериментальных исследований 89
4.1 Результаты определения физико-механических свойств кормов и производительности смесителя-дозатора 89
4.2 Определение неравномерности дозирования 95
4.3 Определение равномерности смешивания 99
4.4 Определение энергоёмкости процесса 104
Выводы 109
5 Исследования смесителя-дозатора пресс экструдера в производственных условиях. экономическая оценка результатов исследований 110
5.1 Исследования в производственных условиях ПО
5.1.1 Описание производственной установки ПО
5.1.2 Описание технологической линии 111
5.1.3 Результаты исследований в производственных условиях 112
5.2 Определение абсолютных экономических показателей и
сравнительной эффективности оборудования 113
Выводы 117
Общие выводы 118
Приложения
- Классификация смесителей-дозаторов пресс-экструдеров
- Обоснование параметров лопастной мешалки
- Методика определения физико-механических свойств кормов
- Определение равномерности смешивания
Введение к работе
Актуальность темы. Минимизация кормовых ресурсов на производство животноводческой продукции является одним из главных резервов снижения издержек, повышения продуктивности животных и рентабельности животноводческих предприятий. Прогрессивными технологическими процессами в комбикормовом производстве являются экструдирование, экспандирование комбикормов и их компонентов, обеспечивающие высокую сохранность кормов и повышение их питательности и усвояемости.
Экструдирование зерна злаковых и бобовых культур является зоотехнически эффективным и экономически оправданным способом обработки кормов зерновых культур. Однако эта операция требует больших энергетических затрат, которые повышают себестоимость готового корма, поэтому, совершенствование узлов и агрегатов пресса-экструдера, позволяющих повысить производительность машины и за счёт этого снизить энергоёмкость экструдирования кормов, является важной научно-технической задачей.
Научные исследования проводились в соответствии с темой: «Совершенствование процесса обработки зерновой смеси и продуктов её переработки с разработкой устройств для дозирования, смешивания и разделения её на фракции» РГ № 01 201177131 до 30.12.2014 г., в соответствии с планами НИОКР ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА».
Цель исследований. Повышение эффективности смешивания и подачи исходной смеси в пресс-экструдер с обоснованием конструктивных и режимных параметров смесителя-дозатора.
Объект исследований. Технологический процесс и структурно-технологическая схема смешивания-дозирования кормов.
Предмет исследований. Закономерности, условия и режимы осуществления смешивания и дозирования зернового сырья смесителем-дозатором пресс-экструдера.
Методика исследований. Теоретические исследования дозатора пресс-экструдера выполнялись с использованием основных положений, законов и методов классической механики, математики. Предложенные рабочие органы дозатора исследовались в лабораторных и производственных условиях в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ и разработанными частными методиками. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПЭВМ с использованием программ Statistica 6.0, Mathcad 11.0a, Microsoft Office Excel 2003. Достоверность результатов работы подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; проведением сравнительных исследований в производственных условиях.
Научная новизна.
-
Получены аналитические зависимости по определению производительности, параметров смесителя, мощности привода и энергоёмкости в зависимости от его конструктивно-технологических параметров и физико-механических свойств кормов;
-
Установлено уточнённое значение поправочного коэффициента, вводимого в аналитическое выражение производительности;
-
Установлены конструктивно-технологические параметры смесителя-дозатора, комплексно влияющие на производительность, точность дозирования, равномерность смешивания, энергоёмкость и определение их рациональных значений.
Новизна технических решений подтверждены патентом на изобретение №2435461 и патентом на полезную модель №110934
Практическая значимость. Разработанный смеситель-дозатор пресс-экструдера непрерывного действия, за счёт смешивания и дозирования компонентов, позволяет экструдировать кормосмесь, обеспечивает производительность 0,5…0,65 т/ч при неравномерности дозирования 2,3…5,4 % и равномерности смешивания не менее 80 %. Энергоёмкость составляет 1,7…1,8 кВтч/т. Смеситель-дозатор обеспечивает уменьшение приведённых затрат на экструдирование смеси кормов на 0,94 %.
Экспериментальный образец смесителя-дозатора был установлен на серийный пресс-экструдер, который прошёл производственную проверку и рекомендован актом хозяйственной комиссии к использованию.
Вклад автора в проведенное исследование. Получены аналитические выражения для определения влияния конструктивно-технологических параметров смесителя-дозатора на его производительность, мощность, энергоёмкость; проведены экспериментальные исследования смесителя-дозатора пресс-экструдера; выявлены значения оптимальных конструктивных параметров.
Реализация результатов исследований. Пресс-экструдер с экспериментальным смесителем-дозатором внедрён в СПК «имени Калинина» Исаклинского района Самарской области.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Самарская ГСХА» (2010…2012 гг.), ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2011…2012 гг.), ГНУ ВНИИМЖ Российской академии сельскохозяйственных наук (2012 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах, из них 4 без соавторов и 5 в издании, указанных в «Перечне… ВАК», в том числе 1 патент на изобретение и 1 патент на полезную модель. Общий объём опубликованных работ составляет 1,5 п.л., из них автору принадлежит 0,7 п.л.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературных источников и приложения. Содержание работы изложено на 141 с. машинописного текста, таблиц 25, иллюстраций 61, 11 с. приложений, список литературы из 117 наименований, в том числе 7 на иностранном языке.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту: конструктивно-технологическая схема и конструкция смесителя-дозатора пресс-экструдера; теоретические зависимости по определению производительности, параметров смесителя, потребной мощности, энергоёмкости и основных размеров смесителя-дозатора пресс-экструдера; функциональные зависимости производительности, неравномерности дозирования, равномерности смешивания и энергоёмкости от частоты вращения вала, количества, длины, ширины и угла наклона лопастей мешалки, шага и высоты дозирующей спирали; результаты экспериментальных исследований разработанного смесителя-дозатора в лабораторных и производственных условиях с целью установления рациональных конструктивных и режимных параметров.
Классификация смесителей-дозаторов пресс-экструдеров
Поэтому, по консистенции экструдируемых материалов можно подразделить на сухие (рассыпные) и влажные (вязкие), больше всего распространены машины для переработки сухих (рассыпных) материалов.
По расположению устройства в пространстве различают вертикальные, наклонные и горизонтальные, что также обуславливается конкретными условиями применения, видом экструдируемых материалов и, конечно, компоновкой устройства подачи корма в экструдер (рисунок 1.4).
По конструктивному исполнению смесителя, являющегося частью смесителя-дозатора, можно выделить лопастные и шнековые, как наиболее распространённые, кроме того применяются барабанные, пропеллерные и в условиях когда компоненты значительно различаются по физико-механическим свойствам применяются специальные [68, 92, 102].
По возможности регулировки скорости смешивания компонентов различают регулируемые, что позволяет адаптировать их под различные условия эксплуатации, нерегулируемые, которые в свою очередь подразделяются по быстроходности: бывают тихоходные и быстроходные. Оценочным показателем является отношение перегрузки со D/2g. Нерегулируемые обычно адаптированы под конкретные условия и компоненты, поэтому изменения режима их работы не требуется [49, 92, 102].
По типу дозаторов различают шнековые, барабанные и шиберные, а по способу дозирования - объёмные и массовые. Устройства объёмного дозирования наиболее просты, не требуют применения сложных систем управления.
По способу регулирования дозы выдаваемого материала различают: регулированием частотой вращения рабочего органа, регулирование в зоне выгрузки, регулирование в зоне загрузки. При регулировании в зоне выгрузки часто бывает уплотнение выдаваемого потока корма, поэтому различают дозаторы с уплотнением выдаваемого корма и без уплотнения.
По степени автоматизации различают с ручным управлением, автоматизированные и автоматические, что соответственно сказывается и на стоимости и функциональности устройства [69, 92, 102].
Исследования шнековых машин в основном сводятся к определению производительности, мощности потребной для привода в зависимости от конкретных условий. Более ранние, основополагающие работы посвящены изучению движению материальной точки, а также потока материала по винтовой поверхности. Рассмотрению же вопросов экструдирования кормосмесей, рассмотрению пресс-экструдера как отчасти смесительного устройства посвящено мало исследований.
Описанию структуры прессующих шнековых механизмов, развитию математических моделей, методов расчёта и выявлению назначения отдельных элементов их конструкции уделено много внимания в работах как отечественных учёных А.И. Жушмана, В.Г. Басова, В.Г. Бортникова, В.В. Новикова, СВ. Денисова, Ю.А. Мачихина, В.П. Первадчук, Зубковой Т.В., В.В. Скачкова, В.И. Сыроватка, В.Ф. Некрашевич, Л.П. Карташова, Нгуен и др.; так и зарубежных G. Schenkel, В.Н. Maddok, Е.С. Bernhardt, Z. Tadmor, J.M. McKelvey, J.K. Carley, R.A. Strut», R.S. Mallouk, C.H. Jepson, Chi. Chung и др. [6, 11, 12, 19, 25, 26, 27, 44, 45, 47, 48, 50, 55, 59, 61, 73, 74, 83, 93, 99, 104, 105,106, 111].
Коротков В. Г. в своей работе [40] исследовал смешивающие способности пресс-экструдера ПЭШ-30/4, питатель которого позволял подавать в экс-трудер одновременно несколько компонентов.
В ходе исследования процесса экструдирования различных измельчённых кормов, их смеси он пришёл к выводу, что степень предварительного измельчения не оказывает существенного влияния на реологические свойства материалов растительного происхождения при скоростях сдвига в исследованных режимах экструдирования [40].
Результаты эксперимента по оценке влияния времени смешивания на однородность смешивания позволили ему сделать заключение, что шнековый прессующий механизм обладает смешивающими свойствами, однако не позво
ляет добиваться высокой однородности смесей. Предел прочности экструдата на срез и степень вспучиваемости не зависят от степени предварительного смешивания, а производительность, энергоёмкость и относительное изменение степени смешивания существенно зависят от шага шнека. Качество гранул ухудшается с увеличением влажности экструдата [40].
Средний путь смешивания в канале шнека постоянен и равен 2,255 м. В полости компрессионного затвора он изменяется от 0,243 до 1,576 м.
Гладкая без шероховатостей и задиров поверхность экструдированных гранул получается, когда средний сдвиг составляет 400...500, а путь смешивания: 0,40...0,65 м. Значения энергоёмкости не превышали 500 кДж/кг когда средний сдвиг менее 450, а путь смешивания менее 0,55 м [40].
Мусиенко Д. А. также исследуя экструдер ПЭШ-30/4 [50] изучал влияние степени предварительного смешивания кормосмеси на смешивание в процессе экструдирования, на показатели качества комбикорма.
Результаты, приведённые в таблице 1.1, позволяют сделать заключение, что шнековый прессующий механизм обладает смешивающими свойствами, однако не позволяет добиваться высокой однородности смесей. При высокой степени предварительного смешивания экструдирование вызвало некоторую сегрегацию смеси. Наиболее эффективно смешивание происходит при экструдировании кормосмесей со средней степенью предварительного смешивания, при большем значении шага нарезки витков шнека [50].
Процесс смешивания более интенсивно происходит в шнековом прессующем механизме при незначительной степени предварительного измельчения и отсутствует при высокой степени предварительного измельчения.
Путь смешивания для канала шнека величина постоянная и составляет 2,255 м. В полости компрессионного затвора значения пути смешивания изменяются от 0,243 до 1,576 м [50].
Обоснование параметров лопастной мешалки
Привод рабочих органов смесителя-дозатора (рисунок 3.5) осуществляется асинхронным электродвигателем ЕЛПРОМ AO-90L-6 мощностью 0,73 кВт (940 мин"1) через ремённую передачу и приводной вал.
Регулирование частоты вращения вала электродвигателя осуществлялось с помощью блока управления, смонтированного на базе частотного преобразователя марки Telemecanique ATV31H075M2 номинальной мощностью 0,75 кВт. Этот блок управления позволяет измерять частоту вращения, вращающий момент, мощность двигателя и много других параметров в любой момент времени и с высокой точностью [1] за счёт изменения частоты тока (0...50 Гц), а также обеспечивает защиту двигателя от больших нагрузок, возможность автоматизации процесса.
Переработка и приготовление кормов предполагают определённую совокупность воздействий рабочих органов машин-исполнителей на среду, представляющую многообразие кормовых материалов со значительно различающимися свойствами. Поэтому реальные показатели работы машин можно рассматривать только в совокупности с характеристиками определённых кормов и их физико-механическими свойствами [12, 32, 41, 85, 108, 110].
К физическим свойствам кормов относятся влажность, гранулометрический состав (размеры частиц и их соотношение), объёмная масса, плотность, пористость, водопоглощаемость, водоотдача, гигроскопичность, теплоёмкость, теплопроводность и вязкость. При необходимости определяют температуру и некоторые другие показатели [32].
Механические свойства кормов включают коэффициенты внешнего и внутреннего трения, бокового давления, угол естественного откоса, сопротивление сжатию, резанию или разрушению ударом и др.
Физические и механические свойства кормов взаимосвязаны и в каждом конкретном условии проявляются по-разному. С учётом полноты результатов исследований физико-механических свойств, изложенных во многих литературных источниках, в настоящей работе нами исследуются характеристики только тех кормовых материалов, на которых велись исследования рабочего процесса шнекового дозатора.
В лабораторных условиях плотность насыпных грузов определяли по общеизвестным методикам, описанные в ГОСТ 28254-89 - Комбикорма, сырьё [21], измерения производились приборами, указанными в таблице 3.1. Определение коэффициента внутреннего и внешнего трения ведётся с помощью прибора описанного в источнике [32]. 3.4.2 Методика определения производительности, неравномерности дозирования
Согласно нормативным документам [62, 52] оценку качества работы машины проводят на каждой из культур, для которых она предназначена, при оптимальном режиме, при этом определяют: - пределы выдачи каждого корма; - точность дозирования; - неравномерность выдачи корма.
Пределы выдачи корма дозатором определяют путём отбора проб при минимальной и максимальной производительности. Длительность каждого опыта устанавливают в зависимости от производительности: 4 т/ч - 10 мин, 5...9 т/ч - 5 мин, 10 т/ч и более - 3 мин. ГТовторность трёхкратная [52].
Для выявления зависимости производительности смесителя-дозатора от параметров спирали был составлен план многофакторного эксперимента, в соответствии с которым проводились изменения конструктивных параметров и замеры отклика (таблица 3.4).
В кормоприготовлении относительная погрешность дозирования, оценочным показателем которой служит коэффициент вариации, обычно ограничивается при дозировании по объёму 10... 12 %, при дозировании по массе 1...3%.
В комбикормовой промышленности допустимую погрешность уста 83 навливают в зависимости от доли ингредиента, входящего в смесь. Так при доле 30 % и более погрешность v 1,5 %, при 10...30 % v 1,0 %, при доле менее 10 % v = ± 0,5 %. При дозировании минеральных добавок v = ± 0,1 %, микроэлементов v = ± 0,01 %.
Для определения неравномерности выдачи корма дозатором на заданном режиме работы отбирают подряд 30 порций корма в интервале до 1 с которые взвешивают с погрешностью до 1 %. Полученные дискретные значения массы порций обрабатывают методами математической статистики, определяют среднее значение, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации [7, 8, 35]
Отбор порций осуществляется с транспортёра, разделённого на отрезки, соответствующие по длине скорости ленты (м/с), при непрерывной выгрузке корма испытываемым смесителем-дозатором. По условиям проведения опыта допускается увеличение интервалов отбора порций (доз) корма до 1 с. При этом в результатах испытания смесителя-дозатора эта величина интервала указывается отдельно.
Для определения зависимости неравномерности дозирования от конструктивных и режимных параметров смесителя-дозатора опыты проводились в соответствии с планом, представленном в таблице 3.5. Таблица 3.5 - Таблица многофакторного эксперимента по неравномерности дозирования
Для определения равномерности смешивания, в соответствии с РД 10.19.2-90, в каждом опыте отбирали 20 проб массой 100 г. Общий вид выгрузного транспортёра с приготовленной смесью показан на рисунке 3.9 [52].
Для отбора проб лента транспортёра была размечена на отрезки шириной 2 см, так как скорость движения ленты 0,36 м/с, замер массы проб использовали весы марки ВК-1500 ГОСТ 24104-80.
Режимы смешивания, применяемые на практике, базируются в основном на экспериментальных данных, полученных на конкретных смесительных установках и в определённых условиях. Смесь равномерна в том случае, если в каждом её объёме процентное содержание отдельных компонентов равно процентному содержанию этих же компонентов во всей смеси.
Анализ литературных источников позволяет отдать предпочтение для его оценки статистическим характеристикам: среднеквадратическому отклонению и коэффициенту вариации v (формулы 3.7, 3.8) [62].
Производным показателем от коэффициента вариации, характеризующий неравномерность смеси, является показатель равномерности смеси Vp равный
По составленному плану проведения эксперимента для следующих факторов: количество лопастей мешалки, угол наклона лопастей, шаг спирали и её ширина. Определяли значение факторов в каждом опыте, выставляли их на установке, затем проводили эксперимент в следующей последовательности. После пуска смесителя-дозатора выжидали некоторое время, пока процесс примет установившийся характер. Затем с размеченной части ленты транспортёра отбирали 20 проб. Все отобранные пробы взвешивали, проводили их разборку по компонентам, регистрировали массу каждого компонента в пробах.
При проведении исследований основным методическим документом был ОСТ 70.19.2-83. Согласно ему масса пробы для кормосмесей составляет 100 г [62].
Методика определения физико-механических свойств кормов
В результате проведённых лабораторных исследований, параметры разработанного смесителя-дозатора пресс-экструдера были оптимизированы, что позволило подготовить производственный образец, который был установлен на пресс-экструдер кормоцеха СПК имени Калинина Исаклинского района Самарской области.
Схема модернизированного пресс-экструдера представлена на рисунке 5.1, состоит из рамы 1, шнековой части 2, дозатора 3, защитного кожуха 4, приводного электродвигателя 5, ремённой передачи 6. Смеситель-дозатор 3, установленный на экструдер имеет следующие, оптимизированные в ходе лабораторных исследований, параметры: шаг спирали 70 мм, частота вращения 8... 15 мин"1 в зависимости от производительности пресс-экстудера.
При работе пресс-экструдера, предварительно осуществлялся вывод его на рабочий режим, для этого вначале, производительность смесителя-дозатора уменьшали, а по мере прогрева экструдера выводили на режим полной производительности. Подготовленные компоненты загружались в бункер смесителя-дозатора. В камере шнекового пресса масса гомогенизируется за счёт трения, нагревается до температуры более 393 К. При прохождении спрессованного продукта через отверстия регулятора гранулятора происходит взрыв массы и она вспучивается [105].
Принципиальная технологическая схема производства экструдирован-ного корма представлена на рисунке 5.2 и включает бункеры зернового сырья 1, модернизированный пресс-экструдер 2, транспортёр готового корма 3 и бункер для кратковременного хранения готового продукта 4.
В результате испытаний пресс-экструдера установлено, что получаемый корм отвечает предъявляемым зоотехническим требованиям и, соответственно, технологический процесс выполняется качественно.
В ходе испытаний было определенно, что наиболее рационально работает модернизированный пресс-экструдер при производительности 0,5...0,65 т/ч, при этом удельная энергоёмкость составляет до 53...56 кВт-ч/т. Модернизированный пресс-экструдер КМЗ-2У [13] обеспечивает приготовление качественного корма, процесс экструзии протекает устойчиво, без значительных колебаний температуры и загрузки электропривода [88].
Производственная проверка модернизированного экструдера показала высокую работоспособность, хорошее качество получаемых кормов, малую энергоёмкость. Исследованиями установлено, что при подачи зерновой смеси в пресс 113 экструдер смесителем-дозатором и горизонтальным шнеком (серийный пресс-экструдер КМЗ-2У), качество экструдата практически не изменяется, но уменьшается энергоёмкость процесса экструзии и увеличивается производительность пресс-экструдера, за счёт подачи уплотнённой смеси, (приложение В)
Определение абсолютных экономических показателей и сравнительной эффективности оборудования
Совокупные затраты, это сумма денежных средств, включающая в себя прямые эксплуатационные затраты, а также значения убытка денежных средств от изменения количества и качества продукции, условий труда обслуживающего персонала, от отрицательного воздействия техники на окружающую среду [22]
Показатели сравнительной экономической эффективности определя 117 лись в сравнении с серийно выпускаемым дозатором пресс-экструдера КМЗ-2У, применяемым в промышленном производстве. Аналогичными по назначению и производительности, серийно выпускаемыми образцами являются устройства фирмы Weighbatch (Новая Зеландия) модель МВ-600, фирма Pi-ovan (европа) модель MDW-600, фирма Maguire (США) модель WSB-400. Рассчитанные сравнительные показатели приведены в таблице 5.3.
Годовой экономический эффект, тыс. руб. - 76480,00 Капитальные вложения, тыс. руб. 82246,54 Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, лет - 1,08 Верхний предел цены новой техники, руб. - 137237,04 Цена техники, руб. - 134366,72 Выводы
1. Исследования в производственных условиях пресс-экструдера, оснащённого смесителем-дозатором показали высокую эффективность предложенного решения: за счёт выполнения операций смешивания компонентов и дозирования смеси одним смесителем-дозатором сократилось время и затраты труда на подготовку корма к экструдированию.
2. Расчёт показателей экономической эффективности предложенного решения показал экономическую целесообразность применения разработанного смесителя-дозатора в серийных моделях экструдеров. Годовой экономический эффект от внедрения смесителя-дозатора составил 76480,00 руб., срок окупаемости инвестиций -1,08 года
1. Разработанная конструктивно-технологическая схема смесителя-дозатора пресс-экструдера (патент №110934) и изготовленный на её основе экспериментальный образец позволили повысить функциональность производственного экструдера при экструдировании смеси из различных кормов.
2. Аналитически установлено влияние конструктивно-технологических параметров смесителя-дозатора на его производительность, мощность, энергоёмкость, а также определены значения конструктивных параметров.
3. Проведённые экспериментальные исследования разработанного устройства позволили выявить уравнения регрессии производительности, неравномерности дозирования, равномерности смешивания и энергоёмкости, а также определены рациональные режимы и конструктивно-технологические параметры устройства: потребная производительность Q = 0,5..0,65 т/ч; частота вращения вала с рабочими органами 8,00... 15,00 мин"1; шаг спирали Sc = 70 мм; высота спирали hc = 80 мм; число лопастей смесителя 8; ширина лопасти ал = 40..50 мм; угол наклона лопастей а = 35...40 град, при размерах бункера: диаметр 400 мм, высота 430 мм, диаметр горловины 90 мм; при этом неравномерность дозирования составляет AQ 2,31...5,46 %; равномерность смешивания Р = 77...82,86 %; энергоёмкость Е= 1,7... 1,8 кВт-ч/т.
Уточнено значение поправочного коэффициента, вводимого в аналитическое выражение производительности смесителя-дозатора- кд= 0,95. 4. Исследования в производственных условиях показали высокую эффек тивность предложенного решения. Расчёт показателей экономической эф фективности показал экономическую целесообразность применения разрабо танного смесителя-дозатора в серийных моделях экструдеров. Годовой эко номический эффект от внедрения составил 77460,00 руб., срок окупаемости инвестиций - 1,04 года.
Определение равномерности смешивания
Согласно нормативным документам [62, 52] оценку качества работы машины проводят на каждой из культур, для которых она предназначена, при оптимальном режиме, при этом определяют:
Пределы выдачи корма дозатором определяют путём отбора проб при минимальной и максимальной производительности. Длительность каждого опыта устанавливают в зависимости от производительности: 4 т/ч - 10 мин, 5...9 т/ч - 5 мин, 10 т/ч и более - 3 мин. ГТовторность трёхкратная [52].
Для выявления зависимости производительности смесителя-дозатора от параметров спирали был составлен план многофакторного эксперимента, в соответствии с которым проводились изменения конструктивных параметров и замеры отклика (таблица 3.4).
Отбор проб производился с транспортёра (рисунок 3.8) при этом смеситель-дозатор подавал корм напрямую на него. Отбор проб с транспортёра В кормоприготовлении относительная погрешность дозирования, оценочным показателем которой служит коэффициент вариации, обычно ограничивается при дозировании по объёму 10... 12 %, при дозировании по массе 1...3%.
В комбикормовой промышленности допустимую погрешность уста 83 навливают в зависимости от доли ингредиента, входящего в смесь. Так при доле 30 % и более погрешность v 1,5 %, при 10...30 % v 1,0 %, при доле менее 10 % v = ± 0,5 %. При дозировании минеральных добавок v = ± 0,1 %, микроэлементов v = ± 0,01 %.
Для определения неравномерности выдачи корма дозатором на заданном режиме работы отбирают подряд 30 порций корма в интервале до 1 с которые взвешивают с погрешностью до 1 %. Полученные дискретные значения массы порций обрабатывают методами математической статистики, определяют среднее значение, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации [7, 8, 35]
Отбор порций осуществляется с транспортёра, разделённого на отрезки, соответствующие по длине скорости ленты (м/с), при непрерывной выгрузке корма испытываемым смесителем-дозатором. По условиям проведения опыта допускается увеличение интервалов отбора порций (доз) корма до 1 с. При этом в результатах испытания смесителя-дозатора эта величина интервала указывается отдельно.
Для определения зависимости неравномерности дозирования от конструктивных и режимных параметров смесителя-дозатора опыты проводились в соответствии с планом, представленном в таблице 3.5. Таблица 3.5 - Таблица многофакторного эксперимента по неравномерности дозирования
Для определения равномерности смешивания, в соответствии с РД 10.19.2-90, в каждом опыте отбирали 20 проб массой 100 г. Общий вид выгрузного транспортёра с приготовленной смесью показан на рисунке 3.9 [52].
Для отбора проб лента транспортёра была размечена на отрезки шириной 2 см, так как скорость движения ленты 0,36 м/с, замер массы проб использовали весы марки ВК-1500 ГОСТ 24104-80.
Режимы смешивания, применяемые на практике, базируются в основном на экспериментальных данных, полученных на конкретных смесительных установках и в определённых условиях. Смесь равномерна в том случае, если в каждом её объёме процентное содержание отдельных компонентов равно процентному содержанию этих же компонентов во всей смеси.
Анализ литературных источников позволяет отдать предпочтение для его оценки статистическим характеристикам: среднеквадратическому отклонению и коэффициенту вариации v (формулы 3.7, 3.8) [62].
По составленному плану проведения эксперимента для следующих факторов: количество лопастей мешалки, угол наклона лопастей, шаг спирали и её ширина. Определяли значение факторов в каждом опыте, выставляли их на установке, затем проводили эксперимент в следующей последовательности. После пуска смесителя-дозатора выжидали некоторое время, пока процесс примет установившийся характер. Затем с размеченной части ленты транспортёра отбирали 20 проб. Все отобранные пробы взвешивали, проводили их разборку по компонентам, регистрировали массу каждого компонента в пробах.
Эксперименты проводились в следующей последовательности. С помощью блока управления на холостом ходу устанавливали частоту вращения и фиксировали мощность электродвигателя. Затем включали привод рабочего органа и при достижении им требуемой частоты вращения начинали отсчёт производительности дозатора и снова замеряли мощность электродвигателя. Разница между холостым и рабочим ходами принималась за затраченную мощность на этом режиме. Показатели мощности электродвигателя фиксировались во всех случаях изменения режимно-конструктивных параметров установки.
