Содержание к диссертации
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 9
ВВЕДЕНИЕ 18
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 21
1.1 Значение и место уплотнения кормов в системе кормопроизводства
1.2 Формулирование и выбор направления решения народнохозяйственной проблемы
1.3 Анализ технологии заготовки кормов в гранулированном виде
1.3.1 Положительные аспекты технологии прессования кормов
1.3.2 Разновидности технологии заготовки гранулированных кормов
1.4 Анализ исследований процесса уплотнения кормов 3 8
1.4.1 Зависимость давления и плотности корма при его сжатии
1.4.2 Обзор исследований напряженного состояния кормов-при его уплотнении
1.4.3 Работа формирования гранул 42
1.5 Обзор конструктивных схем прессов для кормов 43
1.5.1 Транспортерные прессы 43
1.5.2 Исследования штемпельных прессов 43
1.5.3 Вальцовые рабочие органы прокатывающего типа 45
1.5.4 Исследования матричных прессов 45
1.5.5 Вибрационные, ударные и другие прессы 48
1.5.6 Анализ исследований шестеренных грануляторов 48
1.6 Основные сведения о зубчатом зацеплении 53
1.7 Классификация шестеренных грануляторов 55
Выводы, научная проблема, цель и задачи ее решения 59
ДЕФОРМАЦИЯ КОРМОВ И ИХ СМЕСЕЙ В ПРОЦЕССЕ ГРАНУЛИРОВАНИЯ
2.1 Закономерности уплотнения кормов 64
2.1.1 Закономерности сжатия кормовой смеси 64
2.1.2 Характер изменения давления при разгрузке сжатой порции корма
2.1.3 Работа сжатия и разгрузки порции корма 70
2.1.4 Результаты экспериментальной проверки закономерностей сжатия
2.2 Оптимизация состояния исходной кормовой смеси 74
2.2.1 Обоснование кондиционирования кормовой смеси перед гранулированием 76
2.2.2 Методика оптимизации физико-механических свойств кормов
2.2.3 Результаты оптимизации физико-механических свойств исходной кормовой смеси
2.3 Распределение напряжений и плотности корма в прессовке 92
2.3.1 Распределение напряжений по объему цилиндрического брикета . 100
2.3.2 Распределение плотности в объеме цилиндрического брикета 101
2.3.3 Распределение напряжений при сжатии кормов в прямоугольной камере
2.3.4 Распределение плотности в объеме гранулы прямоугольного сечения 112
2.3.5 Методика экспериментального исследования распределения плотности по объему брикета
2.3.6 Результаты экспериментального исследования плотности корма в цилиндрической прессовке 118
2.3.7 Анализ результатов исследования распределения плотности в прессовке прямоугольного сечения
2.4 Релаксация напряжений в сжатой кормовой смеси 123
2.4.1 Механическая модель гранулы 123
2.4.2 Релаксация напряжений в грануле и криволинейность матричного канала 37
2.4.3 Методика исследования релаксации напряжений 132
2.4.4 Результаты исследования релаксации напряжений в сжатой кормовой смеси 139
2.4.5 Результаты исследования интенсивности релаксации напряжений
Оценка эффективности криволинейных поверхностей каналов прессования
ВЫВОДЫ 145
3.ИССЛЕДОВАНИЕ ШЕСТЕРЕННЫХ ПРЕССОВ ВЫДАВЛИВАЮЩЕГО ТИПА 48
3.1 Технологический процесс прессования кормов и их смесей шестеренным рабочим органом 51
3.2 Аналитическое исследование работы шестеренного гранулятора
3.2.1 Факторы эффективности работы гранулятора 151
3.2.2 Производительность шестеренного гранулятора и выявление факторов, влияющих на подачу корма для прессования
3.2.3 Определение объема зуба 158
3.2.4 Объем впадин между зубьями 166
3.2.5 Обоснование угла наклона канала прессования к радиальному направлению 171
3.2.6 Момент сопротивления вращению колес шестеренного гранулятора кормов с равными колесами,
3.2.7 Минимальный диаметр зубчатого колеса 177
3.3 Программа и методика экспериментального исследования 182
3.3.1 Программа исследования 182
3.3.2 Общая методика 182
3.3.3 Методика обработки опытных данных 184
3.3.4 Методика определения крошимости гранул 185
3.3.5 Методика исследования процесса сжатия кормов при изменении параметров профиля зуба 192
3.3.6 Методика оптимизации параметров зубчатых колес, выполняющих одновременно функции прессования кормов и передачи крутящего момента
3.3.7 Методика обоснования параметров зубчатых колес, выполняющих обособленно функцию прессования кормов ,
3.3.8 Методика исследования рабочего режима гранулятора 194
3.3.8.1 Методика определения рациональной частоты вращения прессующих колес и измерение производительности гранулятора
3.3.8.2 Методика измерения мощности привода и определения энергоемкости процесса гранулирования кормов
3.3.8.3 Методика сравнения режимов работы различных вариантов исполнения экспериментального пресса
3.3.9 Методика обоснования режима работы пресса 199
3.4. Результаты экспериментального исследования шестеренных прессов выдавливающего типа и их анализ
3.4.1 Оптимизация параметров зубчатых колес, выполняющих функции прессования кормов и передачи крутящего момента 199
3.4.1.1. Влияние угла зацепления на показатели процесса сжатия корма 205
З АЛ.2. Влияние диаметра делительной окружности на показатели процесса сжатия корма 211
3.4.1.3. Влияние модуля зуба на показатели процесса' сжатия корма
3.4.1.4. Оптимизация параметров зубчатых " колес, прессующих кормовую смесь, и одновременно 216
передающих крутящий момент 224
3.4.2. Влияние заострения зуба на показатели процесса сжатия корма
3.4.3. Влияние смещения исходного профиля зубьев на показатели процесса сжатия корма тл
3.4.4. Сравнение результатов исследования производительности шестеренного гранулятора
ВЫВОДЫ 239
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ШЕСТЕРЕННЫХ ПРЕССОВ ФОРМУЮЩЕГО ТИПА
4.1 Сравнительный анализ режимов прессования прокатывающими вальцами и штемпельным прессом с открытой камерой 245
4.2 Теоретическое исследование шестеренного пресса формующего типа 245
4.2.1 Устройство, работа и режим прессования кормов шестеренным прессом формующего типа
4.2.2 Время выдержки брикета в камере прессования 247
4.2.3 Угол захвата кормовой смеси рабочим органом шестеренного пресса формующего типа
4.2.4 Степень сжатия 251
4.2.5 Производительность шестеренного пресса формующего типа
4.2.6 Расход энергии 253
4.3 Программа и методика экспериментального исследования шестеренных прессов формующего типа
4.3.1. Программа экспериментального исследования 257
4.3.2. Методика оптимизации захватывающей способности рабочего органа пресса формующего типа
4.3.3. Методика определения крошимости брикетов 261
4.3.4. Методика измерения мощности и определения энергоёмкости рабочего органа
4.4. Влияние времени выдержки брикета 262
4.5. Результаты исследования захватывающей способности рабочего органа
4.6. Результаты оптимизации рабочего режима пресса 268
ВЫВОДЫ 275
5. МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ШЕСТЕРЕННЫХ ГРАНУЛЯТОРОВ И ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
5.1 Методика расчета грануляторов выдавливающего типа 281
5.2. Методика инженерного расчета шестеренных прессов формующего типа 284
5.3. Экономическое обоснование эффективности практического использования результатов исследования
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 298
Литература 301
ПРИЛОЖЕНИЯ 329
П.1. Обработка опытных данных при оптимизации физико- механических свойств кормовой смеси перед гранулированием 329
по удельной работе сжатия и крошимости брикетов 331
П.2. Предварительная обработка данных исследования распределения плотности по объему брикета
П.З. Статистическая обработка данных при оптимизации критериев геометрического подобия по углу захвата кормовой 334
смеси рабочим органом шестеренного пресса формующего типа 337
П.4. Обработка экспериментальных данных оптимизации режима работы пресса формующего типа 341
П. 5. Пример расчета и конструирования шестеренного гранулятора выдавливающего типа 351
П. 6. Пример расчета основных параметров шестеренного пресса формующего типа
П.7.Акты внедрения, справки, протокол испытаний, патенты 352
Введение к работе
Продовольственная проблема является наиболее важной, призванной удовлетворять основную потребность человека - потребность в питании. Ее решение в значительной мере зависит от темпов роста животноводческой продукции и, следовательно, стабильности и сбалансированности кормовой базы /2, 166/. Особое внимание уделяется сокращению в рационах животных дефицита кормового белка (протеина) и витаминов /23, 27, 103, 209/. Недостаточное количество кормового белка обусловлено большими потерями биологического урожая кормовых культур при традиционных способах заготовки и хранения кормов (силос, сенаж, сено и др.). Осложняет положение малое распространение и низкая урожайность высокобелковых бобовых культур (соя и др.) и ряд других причин /3, 104/. Недостаток витаминов в кормовых рационах животных вызван несовершенством традиционных технологий хранения кормов в виде сена и сенажа, которые сопровождаются быстрым изменением качественного состава их в силу происходящих окислительных процессов /165/. Из-за несбалансированности рационов по белко-во-витаминному компоненту происходит значительный недобор животноводческой продукции и перерасход кормов, возрастание ее себестоимости. Следовательно, проблема создания полноценной кормовой базы является актуальной и носит общегосударственный характер.
Одним из выходов из создавшегося положения является внедрение эффективных технологий заготовки и хранения кормов, обеспечивающих максимальную сохранность питательной ценности. К таким технологиям относятся гранулирование и брикетирование кормов /1, 9, 20/, которые резко сокращают потери при заготовке, транспортировании, длительном хранении и дозированной выдаче. Использование технологии заготовки кормов в прессованном виде прямо зависит от технического совершенства используемого для основных операций оборудования /21, 22/ и, в первую очередь, от оптимизации параметров и рабочего режима прессующего устройства — гранулятора.
Анализ априорной информации выявил перспективность технологии гранулирования кормов. По сравнению с другими известными технологиями заготовки кормов на длительное пользование гранулирование и брикетирование кормов имеет следующие преимущества: увеличивается выход кормовых единиц с 1 га посевных площадей, повышается сохранность питательных веществ в период длительного хранения, улучшается усвояемость кормов при скармливании, снижаются физические потери кормов, улучшаются условия транспортировки, хранения, дозирования и раздачи кормов /64, 67/.
Системный анализ априорной информации в области уплотнения кормов и в смежных областях прессования других материалов не выявил энергосберегающего технологического варианта, обеспечивающего производство высококачественных кормов в больших объемах с сохранением питательных веществ.
Научная проблема заключалась в установлении закономерностей ресурсосберегающих технологических воздействий на кормовые смеси и разработке на этой основе средств механизации для уплотнения кормов, обеспечивающих рост эффективности производства и хранения кормов для различ-ных видов сельскохозяйственных животных и птицы.
Актуальность научной проблемы явилась причиной постановки настоящих исследований, цель которых состояла в механико-технологическом обосновании технологии и средств механизации для уплотнения кормов, создании методик расчета прессового оборудования, рекомендованного для гранулирования и брикетирования кормов с обеспечением сохранности питательных веществ и снижением энергозатрат в 1,5...2 раза.
При этом предусмотрено решение следующих вопросов: обосновать совокупность основных технологических операций, обеспечивающих сохранность качества кормов и минимальные затраты энергии на уплотнение, выявить отличительные особенности различных видов уплотняющих устройств с зубчатыми колесами и разработать их научно-обоснованную классификацию, установить основные закономерности процесса сжатия кормов для характерных типов шестеренных прессов и разработать методики их расчета.
Исследование выполнено в ФГОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» по плану НИР. Экспериментальные исследования проведены с привлечением оборудования и средств кафедр «Механизация животноводческих ферм», «Сопротивление материалов и детали машин», «Теоретическая механика», «Физика» и др.
Разработанные модели, макеты и экспериментальные образцы прессов исследовались в учхозе «Зерновое», хозяйствах Ростовской области и Краснодарского края.
Финансирование осуществлялось за счет государственного бюджета и хоздоговорных средств.
