Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние механизации процессов дозирования и смешивания компонентов комбикорма 11
1.1 Классификация и анализ конструкций дозаторов кормов 11
1.2 Классификация и анализ конструкций смесителей кормов 18
1.3 Состояние научных исследований дозирования и смешивания компонентов комбикормов 27
1.3.1 Дозирование кормов 27
1.3.2 Смешивание кормов 37
1.4 Цель и задачи исследований 46
2 Теоретические исследования процессов дозирования и смешивания 48
2.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы дозатора-смесителя. Схема проведения исследований 48
2.2 Определение параметров смесительной камеры 55
2.2.1 Определение угла наклона образующей основной воронки 57
2.2.2 Определение малого и большого диаметров основной и дополнительной воронки 63
2.2.3 Определение параметров рассеивателя 65
2.3 Определение производительности дозатора-смесителя 69
2.4 Определение затрат мощности 77
2.5 Выявление взаимосвязи между процессами дозирования и смешивания 80
2.6 Выводы по разделу 84
3 Программа и методика экспериментальных исследований 86
3.1 Программа экспериментальных исследований 86
3.2 Общая методика экспериментальных исследований 88
3.3 Описание лабораторной установки. Факторы, определяющие технологический процесс и уровни их варьирования 89
3.4 Методика экспериментальных исследований 97
3.4.1 Определение производительности и точности дозирования дозатора-смесителя 97
3.4.2 Определение мощности привода и энергоёмкости смешивания 98
3.4.3 Определение качества смешивания 99
3.4.4 Определение физико-механических свойств 102
3.4.4.1. Определение плотности 102
3.4.4.2. Определение угла естественного откоса 103
3.4.4.3. Определение коэффициента внутреннего трения 104
3.4.4.4. Определение коэффициента внешнего трения 105
3.5 Методика обработки результатов 106
4 Результаты и анализ экспериментальных исследований 111
4.1 Физико-механические свойства кормов 111
4.2 Определение оптимальных конструктивно-режимных параметров дозатора-смесителя 112
4.2.1 Зависимость производительности дозатора-смесителя от его конструктивно-режимных параметров 112
4.2.2 Точность дозирования компонентов смеси 119
4.2.3 Зависимость равномерности смешивания от конструктивно-режимных параметров дозатора-смесителя 120
4.2.4 Исследование энергетических характеристик дозатора-смесителя 126
4.3 Выводы 127
5 Исследования дозатора-смесителя в производственных условиях. экономическая оценка результатов исследований 128
5.1 Производственные испытания дозатора-смесителя 128
5.2 Экономическая оценка результатов исследования 130
Выводы общие 136
Список литературы 137
Приложения 151
- Классификация и анализ конструкций смесителей кормов
- Определение малого и большого диаметров основной и дополнительной воронки
- Описание лабораторной установки. Факторы, определяющие технологический процесс и уровни их варьирования
- Зависимость производительности дозатора-смесителя от его конструктивно-режимных параметров
Введение к работе
Безопасность и здоровье населения России на текущем этапе развития не обеспечиваются уровнем производства и потребления белков животного происхождения. В последние три года на душу населения реализовано около 49...51 кг мяса и мясопродуктов всех видов скота и птицы при требуемой норме рационального питания около 81 кг. Во многом по этой причине продолжительность жизни населения России существенно отстает от «европейских стандартов» [32].
Современное состояние агропромышленного комплекса характеризуется продолжением кризисных процессов, происходящих в аграрном секторе страны с начала девяностых годов [70]. За прошедшее десятилетие резко сократилось поголовье сельскохозяйственных животных. С 1991 по 2004 гг. численность КРС снизилась с 54,7 до 26,5 млн. голов, поголовье свиней - с 35,4 млн. до 17 млн. голов, овец с 52,1 до 13,7 млн. голов, коз с 3,1 до 2,3 млн. голов, поголовье птицы сократилось с 650,2 млн. голов до 340,5 млн. голов [32]. Сокращение машинно-технологического парка животноводства, ухудшение финансового состояния значительной части сельскохозяйственных предприятий, неразвитость рыночной инфраструктуры являются основными факторами, способствующими сокращению производства продукции мясного животноводства в общественном секторе. В секторе личных подсобных хозяйств, на долю которого приходится производство 57% мяса скота и птицы, основным фактором снижения производства выступает сокращение численности сельского населения [32].
Анализ современного состояния производства продукции животноводства показывает, что его восстановление может быть обеспечено только на качественно новом технологическом и техническом уровнях, позволяющих более полно реализовать генетический потенциал животных, рационально использовать корма, энергетические и финансовые ресурсы, основные фонды и получать высококачественную экологически чистую продукцию [18].
С учётом сложившейся ситуации, с целью значительного увеличения производства продукции животноводства в стране, обеспечения экономического роста отраслей животноводства был разработан приоритетный национальный проект «Развитие агропромышленного комплекса» предусматривающий: увеличение производства мяса на 7%, молока на 4,5% при стабилизации поголовья крупного рогатого скота (КРС), в том числе коров, на уровне не ниже уровня 2005 года. Одним из направлений национального проекта является «Стимулирование развития малых форм хозяйствования в агропромышленном комплексе» основным целевым показателем является увеличение к 2008 году объема реализации продукции личными подсобными и крестьянскими (фермерскими) хозяйствами (ЛПХ и КФХ) на 6% [100].
Повышение рентабельности отрасли невозможно без снижения издержек на производство. Основной статьёй затрат в животноводстве являются корма, причём в структуре кормов наиболее дорогими оказываются комбикорма. Комбикорма в рационах крупного рогатого скота составляют 24...30%, свиней - 90...95% и птицы - 95...100% [129]. Приготовление собственных комбикормов на базе промышленных добавок, непосредственно, в хозяйствах позволяет одновременно решить ряд проблем: снижаются затраты на перевозку зернового сырья на комбикормовые заводы и комбикормов в хозяйства, учитывается кормовая база данного хозяйства, что позволяет сбалансировать комбикорма с учётом потребности животных [129].
Приготовление кормосмесей непосредственно в хозяйствах невозможно без наличия соответствующего оборудования, при этом кормовые смеси должны отвечать следующим требованиям [101]:
- Влажность смеси: для КРС - не более 75%), для овец - не более 60%, для свиней 60...75% (при наличии пищевых отходов - 80%), для зверей - не более 70%.
- Отклонение кормовых элементов от нормы в смеси, выраженное в кормовых единицах, не должно превышать 5...8%).
- При производстве комбикормов с использованием массовых дозаторов погрешность должна составлять ±0,1...2%. При использовании объёмных дозаторов: для ингредиентов, составляющих в рецепте более 30% - до 1,5%;1...30%, то до ±1%; от 3 до 10 - до ±0,5%; менее 3% - до ±0,1 от суммарной массы всех ингредиентов рецепта.
- Допустимые отклонения содержания компонентов в кормосмеси (по отношению к весу компонента): грубые корма, силос (комбисилос), зелёная масса и т.п. - ±10%; корнеклубнеплоды, плоды бахчевых культур и т.п. -±15%; комбикорма и концкорма - ±5%; кормовые дрожжи - ±2,5%; рыбные корма (для свиней и зверей) - ±5%; для зверей мясные корма костные -±10%, мягкие - ±5%, жиры животные - ±1,0%, молочные продукты (молоко, обрат, творог и т.п.) - ±2,5%; для всех, кроме зверей: питательные растворы-±5%, минеральные добавки - ±5%; пищевые отходы для свиней - ±5%.
- Равномерность смешивания (однородность) соответственно: для КРС не менее 80%; для овец - 75...80% (при вводе карбомида - 90%); для свиней - не менее 90%; для зверей - не менее 80%.
Линия подготовки зернового сырья предусматривает операции: очистка от крупных минеральных и металлических примесей; специальная обработка сырья на технологических участках - шелушение, экструдирование, тепловая обработка инфракрасным излучением; измельчение. На линии допускается предварительное дозирование и смешивание зерна с последующим измельчением смеси [101].
Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований процессов получения смесей на основе сыпучих компонентов, проведенных в России и за рубежом, показывает значительное преимущество смесепригото-вительных агрегатов непрерывного действия по сравнению с периодическими. Однако до последнего времени непрерывно действующие смесительные аппараты не получили широкого применения из-за нерешенности ряда вопросов. В частности, недостаточно изучен вопрос влияния входных сигналов (точность и равномерность дозирования), формируемых дозаторами различного типа, на структурные параметры выходных потоков, а также совместное влияние этих факторов и динамических характеристик смесителей непрерывного действия на качество готовой смеси.
Поэтому разработка, совершенствование и исследование технологических способов смесеприготовления, методов автоматизированного контроля и управление динамикой смесеприготовительного агрегата на базе теоретических и экспериментальных исследований процессов дозирования и смешивания, создание теории и методики их расчёта с использованием математических моделей смесеприготовления, реализуемых на компьютерной основе, является актуальной задачей, представляющей научный и практический интерес для перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса [99].
В связи с этим разработка дозаторов-смесителей кормов, качественно выполняющих процесс приготовления кормосмеси с низкой энергоёмкостью, является важной научно-технической задачей.
Объект исследований. Технологический процесс и структурно-технологическая схема дозирования и смешивания сыпучих кормов.
Предмет исследования: Закономерности, условия и режимы осуществления смешивания кормов тарельчатого дозатора-смесителя непрерывного действия.
Научную новизну составляют:
- Конструкция дозатора-смесителя кормов непрерывного действия (патент РФ №2302616);
- аналитические зависимости по определению производительности и мощности привода в зависимости от его конструктивно технологических параметров и физико-механических свойств компонентов смеси;
- поправочный коэффициент, вводимый в аналитическое выражение производительности;
- конструктивно-технологические параметры дозатора-смесителя, комплексно влияющие на неравномерность смеси, производительность и энергоёмкость смешивания, и определение их рациональных значений.
Практическая значимость. Разработанный дозатор-смеситель кормов непрерывного действия, за счёт использования энергии падающих потоков, перемешивая компоненты кормосмеси, обеспечивает производительность до 8 т/ч при равномерности смешивания не ниже 90%. Энергоёмкость приготовления смеси составляет 48 Вт-ч/т. Дозатор-смеситель обеспечивает уменьше
ниє приведённых затрат на 56,3%.
Экспериментальный образец дозатора-смесителя прошёл производственную проверку и рекомендован актом хозяйственной комиссии к использованию.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
- Конструктивно-технологическая схема и конструкция дозатора-смесителя кормов непрерывного действия.
- Теоретические зависимости по определению производительности, потребной мощности и основных размеров смесительной камеры дозатора-смесителя кормов.
- Функциональные зависимости неравномерности смешивания, производительности и энергоёмкости смесеобразования от частоты вращения вала, высоты поднятия манжеты, угла постановки пластин в горловине дополнительной воронки.
- Результаты экспериментальных исследований разработанного дозатора-смесителя кормов в лабораторных и производственных условиях с целью установления рациональных конструктивно-режимных параметров.
Реализация результатов исследований.
Дозатор-смеситель кормов внедрён в СПК «Прогресс» Волжского района Самарской области. Экспериментальный образец дозатора-смесителя экспонировался на «IX Поволжской агропромышленной выставке» проходившей на базе ФГУ «Поволжская зональная машиноиспытательная станция» в 2006 г.
Апробация. Основные положения и результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Самарская ГСХА» (2004...2007 гг.) и ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (2006 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, из них 1 без соавторов и 1 в издании, указанном в «Перечне ... ВАК». Получен патент на изобретение № 2302616 РФ. Общий объём опубликованных работ составляет 2,1 п.л., из них автору принадлежит 1,1 п.л.
Классификация и анализ конструкций смесителей кормов
Лопастные смесители (рисунок 1.4, г, д, е) бывают периодического и непрерывного действия и пригодны для приготовления жидких, а также густых кашеобразных смесей. В смесителях такого типа компоненты перемешиваются горизонтальными, вертикальными или наклонными лопастями, вращающимися вокруг вертикального или горизонтального вала. Лопасти лобовыми поверхностями устанавливаются перпендикулярно или наклонно к направлению движения [45, 65, 107, 144]. Общим недостатком лопастных смесителей является большой расход энергии на единицу продукции: в лопастных и шнеково-лопастных - 3...6 кВт-ч/т, сложность изготовления, трудность очистки, быстрый износ лопастей. Преимуществом таких смесителей является хорошее качество смешивания.
Барабанные смесители периодического (рисунок 1.4, ж) и непрерывного (рисунок 1.4, з) действия являются наиболее распространёнными на сегодняшний день. Они различаются по форме корпуса и его расположением относительно оси вращения. Цилиндрический барабанный смеситель является наиболее исследованным. К недостаткам таких смесителей относятся неудовлетворительное качество смешивания, длительный цикл смешивания. К преимуществам таких смесителей можно отнести простоту конструктивной схемы, смешивание компонентов без истирания, сравнительно небольшой расход энергии -до 1,5 кВт-ч/т [86].
Устройство для перемешивания (рисунок 1.4, и) содержит два типа рабочих органов: лопастные мешалки, совершающие вращательное движение относительно оси бункера и шнеки, совершающие планетарное движение вокруг осей, расположенных на одной линии с осью бункера на некотором расстоянии [12]. Такая конструкция смесителя позволяет в значительной мере интенсифицировать процесс смешивания, исключить образование застойных зон в объёме смешивания. Преимущества данной конструкции: высокое качество смешивания, минимальное время смешивания.
Центробежные смесители (рисунок 1.4, к) работают следующим образом, при попадании на дно ротора компонентов смеси их частицы под действием центробежных сил отбрасываются на боковую поверхность конуса. Определенные угловые скорости ротора, угол наклона, высота образующей и диаметр малого основания конуса в сочетании сообщают частице спиралеобразное движение по образующей, при этом частица поднимается в конусе и, в конечном итоге, выбрасывается в корпус. Энергоёмкость приготовления смеси в подобных смесителях 0,5 кВт-ч/т [23]. Частицы имеют различные массу, первоначальный радиус относительно оси вращения, коэффициенты внутреннего трения и трения по ротору. Вследствие этого траектории движения частиц неоднократно пересекаются, что способствует перемешиванию компонентов. Более совершенными являются двух- и трехкаскадные конические роторы, в которых углы наклона образующей и ее высота для каждого конуса различны, при этом общая высота ротора снижается. Здесь частицы, начиная спиралеобразное движение с внутреннего конуса, перебрасываются в последующий конус с большим радиусом малого основания, что способствует увеличению скорости движения частиц и более интенсивному пересечению траекторий их движения [23]. Преимущества таких смесителей: малый расход энергии, высокая производительность наряду с хорошим качеством смешивания.
Планетарные смесители (рисунок 1.4, л, м) с рабочим органом в виде шнека, расположенным эксцентрично относительно оси конического или цилиндрического бункера, совершающий вращательное движение вокруг своей оси и вокруг оси бункера [27]. Такое сложное движение мешалки позволяет интенсифицировать процесс смешивания и как результат - высокая однородность смеси. Однако недостатком таких смесителей является большое усилие на боковое смещение шнека, что приводит к значительным затратам энергии (до 3 кВт-ч/т).
В вибросмесителях (рисунок 1.4, н, о, п) с цилиндрической камерой компоненты смеси, вовлеченные в процесс вибрационного транспортирования по плоскости с переменным углом наклона к горизонту, совершают устойчивое циркуляционное движение вокруг оси, расположенной в центре тяжести слоя сыпучего материала, находящегося в камере. Интенсивность циркуляции смеси зависит от параметров вибрации, свойств сыпучего материала, размеров и формы камеры, степени ее заполнения, расположения вибровозбудителя и других конструктивных особенностей. Перемешивание смеси в таких аппаратах обусловливается конвективными (циркуляционными) и диффузионными процессами. Первые возникают вследствие общего движения всей массы загрузки (макропроцессы), вторые - обеспечиваются в результате относительного движения частиц среды, что влияет на изменение сил трения и сцепления между частицами (микропроцессы).
Характер перемешивания зависит от конструкции камеры. В смесителях с гладкими стенками и свободным объемом перемешивания наблюдается в основном послойное движение материала, т. е. эффект циркуляции преобладает над эффектами диффузии. В смесителях с дополнительными элементами в рабочей камере возникают местные вихревые потоки, способствующие более быстрому протеканию диффузионных процессов и лучшему перемешиванию.
Схема движения компонентов смеси при объемном способе перемешивания в тороидальных камерах, которые помимо колебаний в горизонтальной плоскости совершают угловые колебания в вертикальной плоскости. Смесь в таких аппаратах движется по спиралеобразным траекториям вдоль внутренних стенок, при этом перемешивание в горизонтальном сечении потока смеси пропорционально расстоянию частицы от центра аппарата, а перемещения в вертикальном сечении постоянны для всего объема. В отличие от плоскопараллельного движения смеси в вертикальной плоскости такое пространственное винтообразное перемещение материала обеспечивает лучшее взаимопроникновение частиц между слоями смеси. Энергоёмкость приготовления смеси составляет 2...5 кВт-ч/т [34, 59].
В пневматических смесителях (рисунок 1.4, р) смешивание происходит за счёт импульсной подачи сжатого газа при давлении до 3 МПа в камеру смешивания. При подаче сжатого газа образуются турбулентные потоки. В результате движения частиц материала по пересекающимся траекториям происходит его перемешивание [1]. Преимущества такого типа смесителей заключены в коротком цикле смешивания, отсутствии приводных механических мешалок, простота работы. Недостатками являются плохое качество смешивания компонентов с большой разницей в удельном весе, необходимость наличия хорошей аспирационной системы при смешивании пылевидных и порошкообразных материалов, а также компрессорного оборудования, трудность очистки газораспределительных устройств.
Определение малого и большого диаметров основной и дополнительной воронки
При уменьшении объёма, одновременно участвующего в процессе смешивания, снижается требуемая энергия и может оказаться достаточной потенциальная энергия самих компонентов, находящихся перед смешиванием на определённой высоте [133].
В результате анализа процесса смешивания предлагается следующая схема устройства для приготовления кормосмесей (рисунок 2.2). В верхней (загрузочной) части расположен многокомпонентный дозатор 1 непрерывного действия, обеспечивающий непрерывное дозирование заданного количества компонентов с необходимой точностью дозирования под ним - смеситель 2, симметричный относительно вертикальной оси и имеющий цилиндрическую и коническую части. В нижней части - выгрузка готовой кормо-смеси. Таким образом, в одной машине объединены дозатор необходимого количества компонентов и смеситель этих компонентов для получения готовой кормосмеси. Его можно назвать дозатор-смеситель. Дозатор выдаёт компоненты, располагая их по периферии цилиндрической поверхности, в поперечном сечении эти компоненты имеют вид кольца толщиной, зависящей от подачи, а каждый компонент занимает соответствующую дугу этого кольца, зависящую от соотношения компонентов в смеси.
При таком вертикальном расположении элементов дозатора-смесителя (рисунок 2.2) во время его работы компоненты, находясь на определённой высоте, после смешивания оказываются на нижнем уровне, при этом изменяется потенциальная энергия, которую можно использовать для осуществления процесса смешивания (частично или окончательно).
Смешивание организуется следующим образом. Выдаваемый дозатором поток на основной воронке 4 разделяется на два: один проходит через окна 3 в воронке, а другой - по воронке направляется к центру, при этом поток сгруживается.
Происходит взаимное проникновение частиц или диффузионное смешивание. Далее он поступает на вращающийся рассеиватель 5, выполненный в виде конуса, где вместе с ним поворачивается на определённый угол, а, сходя с него, сталкивается с потоком, прошедшим через окна. При этом один компонент, повёрнутый и сброшенный с рассеивателя, сталкивается с другим компонентом. На второй воронке 6 компоненты опять сгруживаются с взаимным проникновением. Далее в цилиндрической части 7 меньшего диаметра компоненты попадают на наклонные лопатки (пластины) 8, происходит перераспределение порций в пространстве и в итоге окончательное перемешивание.
Изменение пропорций компонентов получаемой смеси регулируется изменением центрального угла между перегородками ограничивающие соответствующую полость бункера. Основой конструктивно-технологической схемы дозатора-смесителя были следующие решения: - объёмный многокомпонентный дозатор непрерывного действия, тарельчатого типа, который представляет собой вертикально расположенный цилиндрический бункер, разделённый на сектора перегородками. Ниже бункера, соосно последнему, расположен диск, диаметр которого больше диаметра бункера; зазор между бункером и диском может частично перекрываться манжетой, охватывающей бункер; основным рабочим органом дозатора является скребок, выполненный по специальной кривой, обеспечивающий равномерное дозирование компонентов с диска независимо от положения скребков, вращающихся непрерывно [115]. - смеситель непрерывного действия, работающий по принципу перемешивания потоков материалов, находящихся под действием силы тяжести [112]; - центробежный смеситель непрерывного действия [23]. В соответствии с нормами стандартов [41], руководящих документов [121], типовыми методиками [130] и зоотехническими требованиями [65] используемые и проектируемые средства механизации приготовления кормовых смесей должны обеспечивать ряд требований: - приготовление кормосмеси в необходимом количестве при соблюдении её рецепта; - обеспечение минимальной энергоёмкости процессов. Поэтому оценочными критериями работы предлагаемого дозатора-смесителя являются: количественные - масса смешиваемых компонентов, производительность дозатора-смесителя; энергетические - потребная мощность привода, удельная энергоёмкость смесеобразования; качественным показателем работы дозатора-смесителя является равномерность (однородность) смеси [28]. Основными и ограничивающими использование средств механизации смесеприготовления являются качественные показатели, дополнительным критерием оптимизации при исследованиях используется удельная энергоёмкость смесеобразования. Теоретический анализ показателей работы дозатора-смесителя компонентов комбикормов (рисунок 2.3) позволяет получить на основе аналитических выражений и схемы последовательности выполнения расчётов (рисунок 2.4) математическую модель, а экспериментально полученные данные - определить рациональные его параметры. Аналитические исследования дозатора-смесителя предусматривают определение производительности и потребной мощности на привод рабочих органов в зависимости от физико-механических свойств компонентов комбикормов, конструктивно-технологических параметров конструкции, а также определение взаимосвязи процесса дозирования и смешивания.
Экспериментальные исследования позволяют найти статистические зависимости для параметров, которые не удалось определить на основе теоретического анализа. Поиск оптимальных параметров дозатора-смесителя осуществляется с применением теории планирования многофакторного эксперимента. Обработка эмпирических данных проводится с помощью компьютерных программ.
Описание лабораторной установки. Факторы, определяющие технологический процесс и уровни их варьирования
Дозатор-смеситель состоит из следующих основных элементов (рисунок 3.5): дозатор, основная воронка, дополнительная воронка, конус-рассеиватель, рама и электропривод. В свою очередь дозатор состоит из бункера 1, разделённого подвижными 2 и неподвижной 3 перегородками. Подвижные перегородки имеют возможность перемещаться по кругу внутри бункера, оставаясь всё время радиально расположенными. Фиксирование положения перегородок осуществляется за счёт стопорных винтов 4, перемещающихся в пазах, выполненных на боковой поверхности бункера. Неподвижная перегородка жёстко связывает бункер с трубой 5, проходящей внутри по центру бункера. Внутри трубы 5 смонтированы верхняя и нижняя подшипниковые опоры 6 приводного вала 7. К нижнему фланцу трубы крепится неподвижный диск 8, так, что между диском и нижним торцом бункера образуется кольцевой зазор, который может регулироваться с помощью манжеты 9. Манжета фиксируется двумя стопорными винтами на бункере.
Ниже неподвижного диска на приводном валу расположен диск 10, к которому посредством поводков 11 и шпилек 12 крепятся скребки 13. Скребки образуют систему скребков, то есть скребки выполнены по определённой кривой, обеспечивающей равномерное ссыпание материала на любой дуге неподвижного диска; количество скребков строго определённо, так как каждый скребок захватывает определённый сектор неподвижного диска (в нашем случае число скребков равно 5).
На приводном валу, по высоте ниже основной воронки 14 расположен рассеиватель 15, а под ним - дополнительная воронка 16, в горловине 17 которой, в шахматном порядке, на разной высоте размещены пластины 18.
Крепление всех элементов дозатора-смесителя, кроме мотор-редуктора, происходит на раме, состоящей из станины 19 и стоек 20. Мотор-редуктор крепится на трёх опорах. Привод рабочих органов осуществляется мотор-редуктором 21 через муфту 22 и приводной вал 7. Регулирование частоты вращения вала электродвигателя происходит с помощью блока управления, смонтированного на базе частотного преобразователя марки Telemecanique ATV31H037M2 (рисунок 3.8). Этот блок управления позволяет измерять частоту вращения, вращающий момент, мощность двигателя и много других параметров в любой момент времени и с высокой точностью [139]. Работа дозатора-смесителя осуществляется следующим образом. После установки подвижных перегородок (рисунок 3.6, а) в положение, соответствующее заданному соотношению компонентов, засыпают компоненты каждый в свой сектор. После нажатия на кнопку Пуск на блоке управления происходит пуск электродвигателя. С помощью регулятора выставляют необходимую частоту вращения. Скребки (рисунок 3.6, б, поз. 2) перемещаясь, сдвигают с неподвижного диска материал, который под действием силы тяжести, падает на основную воронку. На основной воронке происходит разделение потока на два: один идёт сходом по воронке к центру, а второй - через окна в основной воронке. Поток, идущий сходом к центру падает на рассеиватель (рисунок 3.7, б, поз.З), увлекается им во вращательное движение и в момент схода с последнего поток материала оказывается повёрнутым от своего первоначального положения. В результате дальнейшего движения происходит встреча двух потоков: сошедшего с рассеивателя и прошедшего через окна в основной воронке, причём за счёт поворота потока сошедшего с рассеивателя, сталкиваются потоки различных компонентов, происходит диффузионное смешивание. Частично смешанная масса падает на дополнительную воронку, а затем в её горловину, где расположены наклонные пластины (рисунок 3.7). Пластины способствуют дополнительному перемешиванию и снижению сегрегации при выгрузке. Конструкция лабораторной установки обеспечивает оперативное изменение в процессе исследований конструктивных и режимных параметров. Изменялись следующие параметры: - частота вращения вала (рабочих органов) от 0 до 35 мин"1 (с помощью блока управления); - высота щелевого отверстия между бункером и неподвижным диском от 0,020 до 0,060 м (перемещением манжеты); Рабочие органы дозатора-смесителя приводятся в движение валом, соединенным с мотор-редуктором мощностью 0,37 кВт посредством муфты. Высоту поднятия манжеты выставляли с помощью линейки, при этом фиксируя манжету в заданном положении стопорными винтами, расположенными на бункере. Угол наклона пластин в горловине дополнительной воронки выставляли по шаблонам, при этом изменение угла постановки происходило в пределах от 20 до 40. Частоту вращения приводного вала изменяли и замеряли при помощи блока управления двигателем дозатора-смесителя (рисунок 3.8). Высоту поднятия манжеты устанавливали по линейке и при помощи стопорных винтов фиксировали её в данном положении (рисунок 3.9). Замеры времени заполнения мерной ёмкости проводили при помощи электронного секундомера. Для определения точности дозирования в соответствии с заданным рецептом, из каждой повторности опыта отбирали пробы массой 100 г, из них составляли исходный образец массой 300 г, из которого выделяли среднюю пробу массой 100 г. Находили разницу между фактической и расчётной выдачей, а также её процент от расчётной выдачи. В дисковом дозаторе-смесителе работа осуществляется при движении скребков по неподвижному диску, на это затрачивается определенная энергия, которая зависит от количества массы, снятой скребками с неподвижного диска и работы, затрачиваемой на трение в узлах передаточного механизма, кроме того, энергия затрачивается на привод рассеивателя. Поэтому мощность, затрачиваемая на рабочий процесс, определится выражением:
Зависимость производительности дозатора-смесителя от его конструктивно-режимных параметров
Анализ влияния производительности на равномерность смешивания (рисунок 4.13) позволил определить рациональный интервал производительности (соблюдение зоотребований -VPRQ ниже 90%) - 2...8 т/ч.
Энергоёмкость смесеобразования при производительности в указанных пределах: при 2 т/ч составляет 48 Вт-ч/т, при 8 т/ч - 39 Вт-ч/т. То есть, с увеличением производительности удельные энергозатраты снижаются. Таким образом, наиболее рациональным режимом работы дозатора-смесителя кормов будет: производительности 8 т/ч с энергоёмкостью 39 Вт-ч/т, равномерностью смеси 90%), при высоте поднятия манжеты 30 мм, частоте вращения вала 35 мин"1. Наивысшее качество смеси (Vp = 0,91) обеспечивается при высоте поднятия манжеты 27 мм, частоте вращения вала 35 мин"1, с производительностью 4,5 т/ч и энергоёмкостью 44 Вт-ч/т, Проведённые экспериментальные исследования дозатора-смесителя позволили выявить уравнения регрессии производительности и равномерности смешивания компонентов, определить значения поправочного коэффициента KQ, а также найти рациональные режимы и конструктивно-технологические параметры устройства при диаметрах наддозаторного бункера - 0,37 м, диска - 0,6 м, пяти скребках высотой 0,02 м, смесительной камере диаметром 0,9 м и высотой 1 м, обеспечивающие равномерность смешивания не менее 90%: производительность при смешивании 2...8 т/ч, высота поднятия манжеты -20...30 мм, частота вращения вала - 27...35 мин"1, угол постановки пластин в горловине дополнительной воронки - 40. Наименьшей энергоёмкости (39 Вт-ч/т) смешивания соответствует производительность 8 т/ч при высоте поднятия заслонки 30 мм, частоте вращения вала 35 мин"1. 2. Уточнены значения поправочного коэффициента производительности дозатора в зависимости от материала - Kg = 0,93.. .0,99. 3. Наименьшая удельная энергоёмкость смесеобразования 39 Вт-ч/т обеспечивается при следующих установках: частота вращения вала 35 мин"; высота поднятия манжеты 30 мм, при этом производительность дозатора-смесителя кормов составляет 8 т/ч. Производственные испытания дозатора-смесителя проводились в СПК "Прогресс", расположенное в с. Дубовый Умёт Волжского района Самарской области, что засвидетельствовано в акте производственного испытания (приложение Г). Производственный образец дозатора-смесителя использовался для приготовления комбикорма К 60-17-89 ГОСТ 9268-90 (устар. нов. - ГОСТ Р 51848-2001 [41]), рассчитанный для коров на стойловый период с удоем 3000 кг в год. В состав данного комбикорма входят следующие зерновые компоненты: ячмень - 15%, пшеница - 30%, овёс - 30%, горох - 6%. Технологическая линия по производству кормовых смесей с использованием дозатора-смесителя выглядела следующим образом (рисунок 5.1). В данной технологической линии не предусматривались такие операции как очистка, шелушение ячменя, так как зерно проходило предварительную обработку, включающую эти операции. Испытания проводились на зерне (пшеница, овес, ячмень, горох, просо), а также на этих же компонентах, но уже измельченных, влажностью до 14%. Для изменения производительности изменялись такие параметры как размер щели между бункером и диском, угловая скорость скребков, высота скребка, величина его заглубления в бункер. Диапазоны изменения параметров были выбраны на основе анализа данных лабораторных испытаний. При испытании многокомпонентного дозатора обеспечивалось соотношение компонентов заданного состава, отклонение от заданной производительности не превышало 3%, величина внедрения рабочих органов (скребков) в полость бункера составляла от 0,03 м. Замер производительности многокомпонентного дозатора фиксировался путем взвешивания выходной массы кормовой смеси из дозатора за единицу времени, а мощность замерялась на блоке управления. Испытания многокомпонентного дозатора проводились с 20 марта по 6 апреля 2007 года в цехе по приготовлению комбикормов. Производственная проверка дозатора-смесителя показала высокую работоспособность, хорошее качество смешивания компонентов, малую энергоемкость, простоту конструкции. Комиссия считает испытываемый многокомпонентный дозатор перспективной конструкцией, которая может быть использована в качестве основы для промышленного образца. Экономический эффект от внедрения разработанного дозатора-смесителя, упрощающий технологический процесс приготовления кормосме-сей, будет складываться за счёт уменьшения первоначальных вложений на приобретение и монтаж установки, снижения расхода электроэнергии на дозирование и смешивание компонентов, а также за счёт снижения эксплуатационных расходов [86,90]. Эффект от внедрения дозатора-смесителя будет определяться разностью себестоимостей приготовления кормосмеси: где Зс - себестоимость приготовления кормосмеси по старой технологии, Зн - себестоимость приготовления кормосмеси по новой технологии, с использованием дозатора-смесителя, руб.
