Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1. Состав и питательная ценность стебельного корма, зоотехнические требования к его измельчению и раздаче 9
1.2. Обзор исследований прочностных свойств стебельных материалов 12
1.2.1. Статические характеристики прочностных свойств стебельных материалов
1.2.2. Динамические характеристики прочностных свойств стебельных материалов 15
1.3. Структурно-технологические схемы измельчителей стебельных кормов 18
1.4. Типы измельчающих рабочих органов 23
1.5. Анализ технических средств для приготовления стебельных кормов 28
1.6. Обзор работ по исследованию измельчителей и раздатчиков грубых кормов 38
1.7. Цель и задачи исследований 46
Теоретические предпосылки к обоснованию необходимости совершенствования конструкции и оптимизации параметров мобильного измельчителя - раздатчика стебельных кормов 47
2.1. Обоснование необходимости разработки мобильного измельчителя-раздатчика стебельного кормов
2.2. Построение модели функционирования агрегата 49
2.3. Теоретические исследования процесса разрушения стебельного материала молотковыми рабочими органами 52
Программа и методика экспериментальных исследований 63
3.1. Программа экспериментальных исследований 63
3.2. Приборы и аппаратура для экспериментальных исследований 63
3.3. Экспериментальная установка - ротационный копер 65
3.4. Методика проведения испытаний мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов 67
3.5. Методика проведения эксперимента 69
3.5.1. Общая методика исследований 69
3.5.2. Методика определения физико-механических свойств исходного материала 71
3.5.3. Оценка фракционного состава измельченных частиц 73
3.6. Краткая методика планирования и проведения экспериментов и статистической обработки полученных данных
4. Результаты экспериментальных исследований 77
4.1. Исследования процесса разрушения стебельных материалов молотковыми рабочими органами 77
4.1.1. Влияние толщины и окружной скорости молоткового рабочего органа на усилие разрушения стебельных материалов 77
4.1.2. Исследование влияния угла установки рабочей грани молотка на усилие разрушения стебельных материалов 82
4.2. Результаты экспериментальных исследований мобильного измельчителя - раздатчика стебельных кормов
4.2.1. Совершенствование конструкции агрегата 87
4.2.2. Использование результатов исследований в опытном образце мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов
4.2.3. Результаты исследований мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов методами однофакторных экспериментов 93
4.2.4. Распределение размеров частиц измельченной соломы в зависимости от угла наклона молоткового ротора 97
4.2.5. Оптимизация параметров рабочего процесса мобильного измельчителя-раздатчика 101
5. Оценка энергетической эффективности измельчителя-раздатчика в режиме измельчения соломы в рулонах 108
Общие выводы 114
Литература 115
Приложения 129
- Состав и питательная ценность стебельного корма, зоотехнические требования к его измельчению и раздаче
- Теоретические исследования процесса разрушения стебельного материала молотковыми рабочими органами
- Методика определения физико-механических свойств исходного материала
- Влияние толщины и окружной скорости молоткового рабочего органа на усилие разрушения стебельных материалов
Введение к работе
Под отрасли животноводства занимают ведущее положение, как в сельскохозяйственном производстве, так и в агропромышленном комплексе страны в целом. В этой сфере производятся не только жизненно важные продукты питания для населения, сырье для легкой промышленности и молочно-мясного подкомплеса, но и формируется почти половина валовой продукции сельского хозяйства.
Важнейшим условием возрождения и развития животноводства является коренная модернизация материально-технической базы отрасли на основе использования высокоэффективных систем машин и комплектов технологического оборудования для каждого уровня концентрации и специализации ферм, экономического и финансового состояния товаропроизводителей, особенностей технологий производства. Без применения современных комплексов машин в животноводстве и, следовательно, нельзя решить ни одну из проблем экономического роста - увеличение объемов производства, повышение качества продукции, снижение затрат труда, кормов, энергии на получение продукции, получение рентабельности и доходности отрасли, повышение продуктивности животных, охрану окружающей среды, улучшение социальных условий работников.
Современное техническое оснащение ферм, характеризуется низким уровнем оснащения объектов новой техникой, не более 1...2% в год, высоким износом применяемых машин - 70...80%, недостаточной надежностью машин и энергообеспечения в сочетании с отсутствие необходимой базы ремонта и технического сервиса и необеспеченностью объектов квалифицированными кадрами [74].
С 1990 по 2005 г. уровень комплексной механизации животноводческих ферм снизился с80% до 53%. В результате возросли затраты труда на обслуживание коров со 172 до 200 чел.-ч в год. Создаваемые коллективами НИИ новые машинные технологии и средства механизации не осваиваются серийно и не востребуются товаропроизводителями из-за их неплатежеспособности. Как правило, отечественные машины и установки для механизации животноводства по соотношению «цена-качество» в 2,0...2,5 раза ниже зарубежной техники, интенсивно поступающей на российский рынок на основе широкого использования принципа бартера.
В России при переходе к рынку государство перестало выполнять функции заказчика на создание и производство высокоэффективной техники для сельского хозяйства, том числе и для механизации животноводства, не осуществляет управление инновационным процессом. Поступление на отечественный рынок зарубежной техники не контролируется. Отмеченное привело к упадку отечественного сельхозмашиностроения, специализированных конструкторских бюро [74].
Таким образом, проблема обеспечения сельского хозяйства универсальными средствами для приготовления кормов на фермах и комплексах, которые не уступают импортным аналогам по производительности, надежности, простоте обслуживания и качеству выполняемых работ наряду со сравнительно невысокой стоимостью изготовления, остается актуальной на данный момент.
Цель исследований - повышение эффективности функционирования мобильного измельчителя - раздатчика стебельных кормов путем совершенствования его конструкции, рабочих органов и оптимизации параметров.
Работа выполнена на кафедре технологического и энергетического оборудования Вятской государственной сельскохозяйственной академии в соответствии с целевой научно-технической программой (номер государственной регистрации 01.2002.06497) Объекты исследований - процессы разрушения стебельных материалов молотковыми рабочими органами, усовершенствованный образец мобильного измельчителя - раздатчика стебельных кормов.
Методика исследований: предусматривала разработку теоретических предпосылок снижения затрат энергии на разрушение стебельных материалов, проведение поисковых экспериментов, экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях, энергетическую оценку полученных результатов. При проведении экспериментальных исследований использованы как стандартные, так и частные методики с применением математического моделирования.
Научная новизна:
-технические решения усовершенствованного измельчителя-раздатчика, новизна которых подтверждена 3 патентами на полезные модели;
- выявлен характер взаимодействия молотка с измельчаемым материалом в зависимости от его толщины, окружной скорости и угла отклонения рабочей грани;
- определены пути повышения эффективности измельчения стебельных кормов молотковыми рабочими органами;
- получены математические модели функционирования измельчителя-раздатчика.
Достоверность основных положений и выводов подтверждена результатами экспериментальных исследований, как в лабораторных, так и в полевых условиях.
Практическая ценность и реализация результатов исследований.
Содержащиеся в диссертации научные положения и выводы позволяют на стадии разработки обосновать основные конструктивные параметры и режимы работы молотковых измельчителей стебельных кормов с подающими устройствами бункерного типа, которые могут быть использованы проектно 7 конструкторскими организациями и научно-исследовательскими учреждениями.
Результаты исследований одобрены техническим советом ООО «ДОЗА-АГРО» и переданы в ЗАО «Арзамасская Сельхозтехника - Регион» (ACT - Регион), Нижегородская обл.
Совместно с автором при выполнении отдельных разделов работы участвовали доктора технических наук, профессора Н.Ф. Баранов, А.В. Алеш-кин, кандидаты технических наук А.А. Рылов, P.P. Деветьяров, аспирант Д.Н. Кошурников. Всем им приношу искреннюю благодарность.
Особо автор выражает большую благодарность научному руководителю Заслуженному изобретателю Р Ф, доктору технических наук, профессору В.Г. Мохнаткину.
Апробация работы: основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-практических конференциях Вятской государственной сельскохозяйственной академии (2003...2007 гг.), НИИСХ Северо-Востока им. Н.В.Рудницкого (Киров, 2006 г.) и Вологодской государственной молоч-нохозяйственной академии им. Н.В. Верещагина (Вологда - Молочное, 2004), на 6-й городской конференции аспирантов и соискателей (Киров, 2006 г.), а также на Межрегиональной научной конференции молодых ученых и специалистов системы АПК Приволжского федерального округа (Саратов, 2003 г.).
По основным положениям диссертации опубликовано 14 работ, в том числе одна статья в журнале «Тракторы и сельскохозяйственные машины» и 3 патента на полезные модели:
- № 45067, МПК7 А 01 F 29/00. Измельчитель-раздатчик кормов // В.Г. Мохнаткин, Н.Ф. Баранов, А.А. Рылов, Е.В. Косолапов (РФ). - № 2004135745/22, Заявлено 06.12.2004, Опубл. 27.04.2005, Бюл. № 12;10.
- № 56775, МПК7 А 01 F 29/00 А 01 К 5/00. Измельчитель-раздатчик кормов // В.Г. Мохнаткин, Н.Ф. Баранов, А.А. Рылов, Е.В. Косолапов, Д.Н. Кошурников (РФ). - № 2006102116/22, Заявлено 25.01.2006, Опубл. 27.09.2006, Бюл. № 27.
- № 58846, МПК7 А 01 F 29/00 А 01 К 5/00. Измельчитель-раздатчик кормов // В.Г. Мохнаткин, А.А. Рылов, Е.В. Косолапов, Д.Н. Кошурников (РФ). - № 2006126348/22, Заявлено 20.07.2006, Опубл. 11.12.2006, Бюл. № 34. Разработанный при непосредственном участии автора мобильный измельчитель-раздатчик грубых кормов отмечен Бронзовой медалью и дипломом третьей степени Российской агропромышленной выставки «Золотая осень» ВВЦ, (10-14 октября 2003 г.)
Защищаемые положения:
- теоретические предпосылки к обоснованию окружной скорости и толщины молотковых рабочих органов;
- математические модели процесса разрушения стебельных материалов молотком, позволяющие определить оптимальные значения его окружной скорости, толщины и угла установки рабочей грани;
- конструктивно-технологическая схема усовершенствованного измельчителя-раздатчика стебельных кормов;
- математические модели функционирования, оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы агрегата.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 152 страницы, 49 рисунков, 11 таблиц и 9 приложений. Список литературы включает 136 наименований.
Состав и питательная ценность стебельного корма, зоотехнические требования к его измельчению и раздаче
К грубым кормам относятся сено, солома, мякина, тростник, стебли и листья кукурузы, шелуха семян ряда культур, полова зерновых [22, 41, 57, 111, 112, 134, 135]. Под стебельными же кормами понимаются только те из них, которые состоят из волокнистых частей трав, зерновых культур и кукурузы, то есть сено, солома, тростник, стебли и листья кукурузы.
Для организации полноценного кормления животных наряду с созданием прочной кормовой базы необходимо высокое качество кормов. Качество кормов оценивают по органолептическим признакам и химическому составу. Кроме этого, о качестве кормов судят не только по концентрации в них энергии или содержанию питательных веществ, но и, что немаловажно, по признакам, определяющим их поедаемость [41, 57,111, 112,134, 135].
Стебельные корма являются ценным сырьем для приготовления полноценных кормов, но без предварительной обработки имеет относительно низкую питательность, так как из-за высокого содержания клетчатки, трудно перерабатывается в пищеварительном тракте животных [40, 127, 111, 112, 134, 135]. Результаты исследований американских специалистов показали, что при кормлении крупного рогатого скота длинностебельчатыми кормами велики потери питательных веществ (20...50%) [89]. Содержание валовой энергии в 1 кг сухого вещества соломы составляет в среднем 18,4 МДж и соответствует, примерно, 1 кг зерна [22, 90, 131]. Однако, усвояемость энергии органического вещества соломы и зерна жвачными животными различна.
В продукцию сельскохозяйственные животные превращают только 20...25% энергии корма, 35% его расходуется на физиологические нужды организма, остальная часть выделяется с отходами [22, 101]. Потери с отходами сильно возрастают при кормлении животных грубыми, сильно одеревесне лыми кормами с большим содержанием клетчатки и лигнина.
Однако, потери можно сократить за счет повышения переваримости кормов. Известно много способов, способствующих повышению переваримости кормов: один из них - механическое измельчение. Измельчение кормов - один из наиболее трудоемких технологических процессов в животноводстве, он характеризуется значительными энергозатратами и высокой трудоемкостью. Для измельчения кормов промышленностью выпускаются разнообразные по конструкции, рабочему процессу измельчения, соответствию зоотехническим нормам машины [8,15, 80, 118,107, 108]. Многочисленными исследованиями доказано повышение поедаемости измельченных грубых кормов на 30...45 %. При этом критические размеры частиц резки для крупного рогатого скота не должны быть ниже 15 мм и выше 60...80 мм [41, 51, 70, 101, 120, 130]. Более тонкое измельчение не только сопровождается ростом энергозатрат, но и отрицательно влияет на перевариваемость корма животными.
Установлено, что чистая энергия рационов с большим содержанием грубых кормов используется значительно лучше, если изменить физико-механическое состояние структуры корма (измельчение) [57, 64, 131]. Количество измельченных частиц длиной менее 15 мм не должно превышать 15%. [39, 51, 57, 70]. Критическая величина частиц грубого корма должна быть в 10...30 раз больше размеров клетчатки, находящейся в содержимом книжки животных [57]. Большое влияние на повышение питательной ценности оказывает расщепление соломы - продольное разделение на составляющие части. Расщепленная солома значительно доступнее для микроорганизмов в пищеварительном тракте животных, легче пережевывается [57, 70, 101]. Расще-пляемость должна составлять не менее 85% [70, 101]. Наиболее оптимальная влажность грубых кормов находится в пределах 10...20% [70], но в реальных условиях она часто достигает 25...30 процентов и более [70], что вызывает необходимость создавать новые машины для переработки высоковлажных грубых кормов.
Характерная особенность всех видов соломы заключается в том, что ее органическое вещество на 80...90% состоит из клетчатки и безазотистых экстрактивных веществ, соединенных в прочный лигниноцеллюлозный комплекс, который слабо поддается воздействию бактериальных ферментов желудочно-кишечного тракта животных, в результате чего переваримость питательных веществ соломы низкая (переваримость веществ 37%, клетчатки - не более 50%). Усвоение соломы организмом животных в силу особенностей химического состава идет медленнее, чем усвоение зерна, значительная часть энергии теряется в процессе пищеварения. Так переваримость соломы озимой ржи находится на уровне энергии 40...42%, а зерна - 82%. Если в рацион животных вводить необработанную солому (за исключением овсяной), то она будет ухудшать переваримость других кормов. Следовательно, солома, являясь ценным сырьем для приготовления полноценных кормов, без предварительной обработки имеет относительно низкую кормовую ценность, а валовая энергия ее используется на уровне 30...50% [17, 20, 41, 70,113, 115,116].
Более сильное измельчение грубого корма снижает переваримость сырой клетчатки, удои, особенно жирность молока, и увеличивает энергетические затраты [17, 70,102].
Солома в животноводстве необходима не только в качестве корма, но и как «классический» подстилочный материал. Она хорошо впитывает влагу и сохраняет тепло под лежащими животными [111]. Один килограмм соломенной подстилки способен впитывать З...4кг влаги. Влагопоглощающая способность соломы зависит от качества уборки и технологии ее использования: измельченная солома имеет влагопоглощающую способность - 398 %, прессованная - 323, рассыпная - 220 %. Наиболее влагоемкой является солома озимых культур. Солома богата калием, азотом, фосфором, что повышает качество получаемого навоза. В нем содержится 45 % азота, 0,23 - фосфора, 0,50 - калия, 0,40 - кальция, 0,11 % магния. Ценным качеством соломенной подстилки является ее способность поглощать вредные газы - аммиак, серо-водород. Теплопотери через пол достигают 400 ккал. час на 1 м поверхности тела животного. Для восполнения этих потерь животным приходится дополнительно расходовать значительное количество энергии корма, в связи с чем намного увеличивается расход кормов на единицу продукции, повышается ее стоимость. Потери тепла телом животного через пол существенно зависят от подстилки, ее количества и качества. Затраты тепловой энергии на прогрев пола в количестве 100 ккал. час (что равно разнице поглощения тепла 1 м бетонного или деревянного полов) при 12-часовой продолжительности соответствует калорийности почти 2 л. молока. Следовательно, животные, вместо того, чтобы превратить энергию корма в продукцию, вынуждены её расходовать на согревание пола. Корова при лежании на бетонном полу теряет не менее 570 ккал тепла в час, а на таком полу с соломенной подстилкой - 120 ккал. При продуктивности 3000 кг от коровы в год для образования молока необходимо 6,5 млн. ккал. Потери через пол без подстилки составят только за стойловый период около 2,2 млн. ккал, что эквивалентно 1000 кг молока. При оценке суммарной комфортности содержания животных оптимальной можно считать норму внесения 3...8 кг на 1 голову в сутки [88, 91].
Теоретические исследования процесса разрушения стебельного материала молотковыми рабочими органами
В настоящее время стебельные корма измельчаются в машинах за счет резания лезвием, разрыва жестко закрепленными штифтами, удара шарнирно - подвешенными молотками или ножами. Рабочими органами служат, соответственно, ножи, сегменты, штифты или молотки, а также их комбинации и сочетания.
Во всех существующих измельчителях с барабанными или дисковыми рабочими органами предусматривается измельчение стеблей резанием в одном направлении, перпендикулярном направлению подачи, причем длина измельченных частиц отличается от расчетной (рис. 1.6,а). Это объясняется тем, что даже уменьшив влияние на длину резки таких факторов, как зазор между кромками ножа и противорежущей пластины, толщины режущей кромки лезвия, скорости резания и подачи, физико-механических свойств стеблей, невозможно устранить хаотичное расположение стеблей, поступающих к измельчающему аппарату под разными углами к направлению подачи. В результате этого длина отрезаемых частиц стеблей может быть различной, несмотря на постоянную скорость подачи [32, 63, 64]. Для устранения этого недостатка масса после резки в некоторых измельчителях направляется на доизмельчение дополнительными рабочими органами.
Так, в дробилке КДУ-2,0 (рис. 1.6,6) стебельная масса после режущего барабана доизмельчается в дробильном барабане, а в измельчителе кормов "Волгарь-5" (рис. 1.6, в) - в аппарате вторичного резания. Это приводит к усложнению конструкции и значительным металло- и энергозатратам.
К недостаткам ножевых измельчителей относится и низкая расщепленность частиц готового продукта. Наличие острых кромок среза, особенно у сенной резки, вызывает травматизм ротовой полости и желудочно-кишечного тракта животных. Кормление животных такими кормами приводит к снижению их поедаемости, сокращению продуктивности животных и их заболеваниям [59].
Машины, имеющие сегментные рабочие органы (рис.1.6,о), вследствие интенсивного износа режущего лезвия имеют небольшой ресурс наработки, а эксплуатация машины с затупившимися рабочими органами приводит к резкому возрастанию энергозатрат [125]. Машины с сегментными рабочими органами практически не способны перерабатывать прессованные корма в виде тюков или рулонов. Высокие энергозатраты при измельчении прессованных кормов объясняется тем, что режущие сегментные элементы, работающие по принципу безопорного резания, из-за их недостаточной окружной скорости не способны обеспечить отрыв измельченных частиц корма от монолита, так как даже при предельно допустимых частотах вращения сегментных барабанов (из условия ударной прочности сегментных рабочих органов) окружная скорость по концам сегментов в 3,5...4 раза ниже, чем оптимальная окружная скорость по концам молотков у молотковых измельчителей, также работающих по принципу безопорного резания.
Грубый корм состоит из двух структурных элементов: скелета, обладающего упругими и пластическими свойствами, и вязкого заполнителя. Поэтому разрушение такого материала наиболее эффективно измельчителями ударно-истирающего действия [56, 72, 105], к которым относятся молотковые и штифтовые дробилки (рис. 1.6,г, д, е, Ж, 3, к, л, м, н, п).
В машинах, имеющих штифтовые измельчающие аппараты (рис.1.6,к), стебли грубого корма ломаются, разрываются и перетираются в результате прохождения между подвижными и неподвижными штифтами. Эти рабочие органы не способны измельчать высоковлажные корма [56], поэтому в настоящее время не находят широкого применения.
Измельчающий аппарат с шарнирно - закрепленными молотками (в барабанных измельчителях) создает условия для повышения общей устойчивости движения динамической системы (рис. 1.6, г, д, е, п) [8, 32, 56, 84]. Измельчители с шарнирно - закрепленными молотками, так называемые дробилки, позволяют получать готовый продукт с высокой расщепленностью частиц, просты в устройстве, надежны, долговечны в эксплуатации, универсальны по отношению к переработке кормов с различными физико-механическими свойствами [14].
Наряду с неоспоримыми преимуществами молотковым дробилкам свойственны и недостатки, главный из которых - высокая энергоёмкость измельчения, хотя, как показали исследования [85,125], если отнести затраты энергии на единицу вновь образованной поверхности, то молотковые измельчители имеют удельные энергозатраты меньше других типов рабочих органов (ножевых, штифтовых). В качестве недостатков молотковых дробилок измельчителей стебельных кормов отметим: неравномерность гранулометрического состава получаемого продукта; повышенное содержание переизмельченных частиц, приводящее к возникновению циркулирующей нагрузки и увеличению энергозатрат; значительный износ рабочих органов вследствие высоких окружных скоростей молотков.
Главным элементом молотковой дробилки является ротор с установленными на нем шарнирными или жестко закрепленными молотками. Дробилкам с шарнирным креплением молотков отдают предпочтение ввиду малочувствительное к наличию в кормах инородных тел (куски льда, снега, обвязочный материал), возможности предотвращения аварии, и легкости замены молотков.
При шарнирном креплении молотков тормозящее действие внешних рабочих сопротивлений передается на вал барабана и частично компенсируется уменьшением его момента инерции, обусловленного отклонением молотков от радиального положения. Смещение точки подвеса молотка от ег продольной оси способствует скользящему резанию, что повышает эффективность процесса измельчения [6,12, 84].
Методика определения физико-механических свойств исходного материала
В результате проведенного анализа существующих измельчителей-раздатчиков нами разработана схема мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов (рис. 4.6), которая может быть использована в животноводстве при приготовлении и раздаче стебельных кормов и внесения подстилки при их измельчении, например, соломы независимо от технологии их заготовки: тюки, рулоны, россыпью (Приложение Е).
Измельчитель-раздатчик кормов содержит бункер 1, установленный на раме 2. Ротор 3 установлен таким образом, что его ось отклонена от вертикального положения. Он состоит из дисков 4, на осях 5 которых установлены измельчающие элементы в виде, например, молотковых рабочих органов 6. Направляющая корпуса 7 ротора 3 выполнена по логарифмической спирали, по ней измельченный материал выводится в кормушки животным. Бункер 1, выполнен из двух цилиндров 8 и 9, установленных с возможностью вращения. С внутренней стороны цилиндры 8 и 9 соединены гребенками 10. От осевого и радиального перемещения бункер удерживается опорными роликами 11, закрепленными на раме 2, и осью 17, на которой закреплена коническая стенка 12 цилиндра 9 и которая позволяет ему вращаться. Загрузочное устройство состоит из борта 13, установленного на раме с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. Открывание и закрывание гидравлического борта осуществляется, посредством гидроцилиндра. Привод ротора осуществляется посредством клиноременной передачи от вала отбора мощности транспортного средства. Привод бункера 1 осуществляется посредством гидромотора 14 от гидросистемы трактора, посредством клиноременной передачи 18. Измельчитель-раздатчик кормов работает следующим образом. Подлежащий измельчению материал (рулоны, тюки или россыпью) загружается в бункер 1, размещенный на раме 2, при помощи гидравлического борта 13. В загруженном положении агрегат перемещается в зону раздачи корма, где включается привод рабочих органов. Ротор 3 вращается от вала отбора мощности транспортного средства через клиноременную передачу 15, материал в зону измельчения подается вращающимися цилиндрами 8 и 9, и гребенками 10. Молотковые рабочие органы 6 установлены между дисками 4 ротора, они отделяют материал от основной массы (рулон, тюк), захватывая, подают его в центральную часть ротора. За счет кинетической энергии вращающегося ротора и, частично, за счет возникающего воздушного потока материала выбрасывается через канал 16 наружу.
Использование предлагаемого измельчителя-раздатчика кормов позволит полностью механизировать и качественно выполнить процесс измельчения и раздачи кормов, а так же внесение подстилки.
Для успешной работы мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов необходимо, чтобы он эффективно измельчал грубые корма, особенно в прессованном виде. Для исследований был изготовлен мобильный вариант измельчителя-раздатчика кормов (рис. 4.7), который можно агрегатировать с тракторами класса 14 кН. Модернизированный мобильный измельчитель-раздатчик предназначен для самозагрузки, транспортирования, измельчения рулонов и одновременной дозированной раздачи грубых кормов в кормушки животным или внесения подстилки.
При изготовление макетного образца мобильного измельчителя-раздатчика кормов (рис. 4.7) предусматривалась возможность изменения угла установки ротора согласно высказанных ранее теоретических предпосылок (п. 2.2., рис.2.1, и п. 4.2.1. рис. 4.6). Конструкция содержит бункер, установленный на раме (рис. 4.6).
Ротор установлен таким образом, что его ось отклонена от вертикального положения. Он состоит из дисков 1, на осях 3 которых установлены молотковые рабочие органы 2 (рис. 4.8). При этом рабочая грань молотка установлена под углом а-23 , по отношению к радиус-вектору ротора.
Направляющая корпуса ротора выполнена по логарифмической спирали [82, 87], по ней измельчаемый материал выводится в кормушку животным за счет кинетической энергии ротора, и частично, за счет возникающего воздушного потока материала (рис. 4.9).
Загрузочное устройство состоит из борта, установленного на раме с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. Открывание и закрывание гидравлического борта осуществляется, посредством гидроцилиндра (рис.4.10).
Влияние толщины и окружной скорости молоткового рабочего органа на усилие разрушения стебельных материалов
Для определения оптимальных конструктивных параметров и режимов работы установки после реализации однофакторных экспериментов проведена серия опытов с использованием методики планирования эксперимента. Испытания проводились по методике, изложенной в п.3.4 [77, 100]. Конструктивное исполнение измельчителя позволяет изменять его параметры в необходимых для экспериментов пределах. При проведении эксперимента оценивалось влияние на критерий оптимизации следующих факторов: угол установки молоткового ротора %; частота вращения бункера щ. При измельчении соломы озимой ржи в рулонах агрегатом с молотковым ротором была реализована матрица плана 3 . Основные уровни и интервалы варьирования факторов были выбраны по результатам однофакторных экспериментов (табл. 4.7). Матрица планирования и результаты опытов [77, 100], вычисленные по данным трехкратной повторности, представлены в таблице 4.8. В качестве критериев оптимизации были приняты следующие показатели: удельные энергозатраты Э, кВт-ч/(т.ед.ст.изм.); мощность, потребляемая измельчителем-раздатчиком Р, кВт; пропускная способность агрегата Q, т/ч; степень измельчения Я. После реализации опытов произвели проверку воспроизводимости эксперимента. Однородность дисперсий при анализе опытных данных определена с помощью критерия Кохрена, G(P) = 0,32, G(3) = 0,336, G(A) = 0,346. Вычисленный критерий сравнили с табличным, который при числе степеней свободы // =2, /2=9 составляет „, =0,4775; Gma6n G. Отсюда заключаем, что дисперсии однородны.
Оценку коэффициентов регрессии проводили на компьютере с помощью программы STATGRAPHICS Plus. Незначимые коэффициенты исключали из модели, после исключения каждого незначимого коэффициента математическую модель пересчитывали. В результате получены следующие математические модели:
Для проверки адекватности полученной модели регрессии применяли критерий Фишера, для расчета которого находили дисперсию адекватности S . и дисперсию, характеризующую ошибку опытов S [у\.
Расчетные значения F-критерия равны F(P) = 0,059, F(3) = 0,102, F(X) = 0,089. Табличные значения F-критерия при 5% уровне значимости и числе степеней свободы// = 5,/2 = 18 равно таел = 2,77. Отсюда заключаем, что полученная модель адекватна с 95%-ной вероятностью.
Анализ математической модели Q (4.15) показывает, что: наибольшее влияние на критерий оптимизации оказывает угол наклона молоткового ротора (Z»2 =-1,268): при уменьшении его пропускная способность возрастаете увеличением факторах; (Ь} = +1,02) - частота вращения бункера, пропускная способность увеличивается.
На удельные энергозатраты процесса измельчения (4.16) наибольшее влияние оказывает фактор дг/ - частота вращения бункера (bj = -0,278). Удельные энергозатраты измельчения снижаются при увеличении частоты вращения бункера. На мощность, потребляемую измельчителем-раздатчиком (4.17) наибольшее влияние оказывает фактор Х2 - угол наклона молоткового ротора (t 2 = +1,878). При увеличении угла наклона, мощность снижается.
На степень измельчения (4.18) значительное влияние оказывает фактор 2 (Ъ2 = +0,432). При увеличении фактора степень измельчения возрастает.
Определение оптимальных значений факторов проводили с помощью двумерных сечений. На рисунках 4.17, 4.18, 4.19, 4.20 представлены двумерные сечения поверхности отклика в координатах: частота вращения бункера и угол наклона молоткового ротора.
Анализируя сечения поверхности отклика (рис. 4.17) можно сделать вывод, что минимальные удельные энергозатраты 3 = 0,71 кВт-ч/(т.ед.ст.изм.) достигается при частоте вращения бункера И5 = 9мин"1, и угле установки молоткового ротора х Ю.
Похожие диссертации на Совершенствование конструкции и оптимизация параметров мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов
