Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние механизации и исследований процессов приема, накопления и .дозированной выдачи измельченных стебельных кормов 7
1.1. Обзор средств механизации для дозированной выдачи стебельных кормов 7
1.2. Состояние научных исследований процессов приема, накопления и дозированной выдачи стебельных кормов 12
1.2.1. Оценка качества работы питателей и дозаторов стебельных кормов 12
1.2.2. Анализ научных исследований и выбор направления исследования 14
1.3. Цель и задачи исследований 34
2. Теоретичесіше предпосылки совершенствования технологического процесса дозированной выдачи измельченных стебельных кормов 38
2.1. Теоретическое исследование процесса дозированной выдачи измельченных стебельных кормов 38
2.І.І. Обоснование технологической схемы дозирующего устройства 38
2.1.2.. Определение основных конструктивно параметров дозатора. 51
2.1.2.1. Определение диапазона объемной подачи корма питателем-дозатором 51
2.1.2.2. Определение радиуса счесывающего битера дозатора 52
2.2. Теоретическое обоснование конструкции приемного устройства 63
2.2.1. Обоснование схемы приемного устройства 63
2.2.2. Определение длины платформы приемного устройства 65
2.3. Выводы .69
3. Программа и методика экспериментальных исследование 71
3.1. Программа исследований и описание экспериментальной установки 71
3.1.I. Обоснование оптимальных режимов процесса распределения корма в бункере питателя 80
3.2. Методика экспериментальных исследований 89
3.2.1. Определение влияния фракционного состава корма на неравномерность его выдачи 89
3.2.2. Определение влияния свойств корма и дозирующих устройств на неравномерность выдачи 91
3.2.3. Определение влияния величины и соотношения подач питателя и дозатора на частоту включения электропривода питателя 94
3.2.4. Определение влияния параметров приемного устройства на качество формирования монолита .корма в бункере питателя ' .95
4. Результаты экспериментальных исследований 97
4.1. Влияние фракционного состава на неравномерность выдачи стеоельных кормов . 97
4.2. Составляющие неравномерности выдачи стебельных кормов и выбор дозирующего устройства 100
4.3. Зависимость частоты включений электропривода питателя от отношения подач питателя и дозатора ИЗ
4.4. Влияние скорости перемещения платформы на качество формирования монолита в бункере ^ Иб
4.5. Выводы. : 121
5. Предложения по ращональному использовашш питателя-дозатора, его производственная проверка и технико-экономическая оценка 123
5.1. Оптимизация вместимости бункера питателя-дозатора 123
5.2. Производственная проверка питателя-дозатора измельченных стебельных кормов 132
5.3. Экономическая эффективность использования питателя-дозатора измельченных стебельных кормов 137
6. Выводы и предложения 141
7. Список использованной литературы 143
8. Приложения . 154
- Обзор средств механизации для дозированной выдачи стебельных кормов
- Теоретическое исследование процесса дозированной выдачи измельченных стебельных кормов
- Программа исследований и описание экспериментальной установки
- Влияние фракционного состава на неравномерность выдачи стеоельных кормов
Обзор средств механизации для дозированной выдачи стебельных кормов
Поточные линии приготовления и раздачи стебельных кормов создаются из различных по типу и производительности машин. Набор их, а, следовательно, и количество операций технологической цепи различны. Изменяются они в зависимости от вида стебельного корма, способа его переработки и используемых при этом средств механизации. Но все они,.для преобразования пульсирующего потока доставші корма мобильным транспортом в непрерывный поток выдачи и компенсирования разности подач этих потоков, имеют питатели или питатели-дозаторы.
В линиях зеленой массы, поступающей непосредственно с поля в кормушку,- кормоцех, сушилку или брикетировщик , в качестве компенсирующей вместимости применяются кормораздатчик КТУ-10 и ста. ционарные питатели-дозаторы (КП-10, КПГ-І0.46.І5.000, ПЗМ-1,5, Н-Ю, DS--300 и др.).
. Подача стебельных кормов из хранилищ, как правило, обеспечивается мобильным транспортом. Поточность в этом случае обеспечивается такими-же кормовыдающими, механизмами как и в линиях зеленой-, массы. Стационарная система доставки кормов из капитальных .хранилищ используется реже, но и она. предполагает использование в линии питателей-дозаторов, потому что корм подается на скармливание непосредственно в кормушку или через кормоцех, где необходима его дозированная выдача, а, значит, и компенсирование массовых подач выгрузчика .и дозатора.
Таким образом, там, где необходима равномерная загрузка машин технологической линии, используются бункерные устройства, выполняющие фнукции. питателей или питателей-дозаторов.
Многообразие машин,.требующих равномерной загрузки (загрузчики башенных хранилищ,, смесители, сушилки и т.д.). выдвигают различные требования по величине подачи и неравномерности потока. Это вызвало необходимость создания различных по своей конструкции механизмов, выполняющих однотипные операции приема, накопления и дозированной выдачи.
Существующие конструкции питателей-дозаторов можно классифицировать по следующим.признакам: по исполнению, назначению и конструкции приемного устройства, расположению бункера, типу дозирующего устройства, способу дозирования, подачи и регулирования подачи, виду подачи, конструкции подающего механизма и типу кормоотделителя (рис.1.1),.
Условием выполнения функции согласования дискретного потока доставки корма и непрерывного потока линии приготовления и раздачи определяется целесообразность применения мобильного (КТУ-10) или стационарного (КЛГ-І0.46.І5.000) питателя-дозатора. Кроме них в практике заготовки кормов используются и передвижные питатели, перемещающиеся от одного хранилища к другому, как, например, Т-255 [ІЗ].
В зависимости от условий работы питателя-дозатора определяется форма и расположение его бункера. У мобильных механизмов бункер прямоугольный, расположенный на одно-двухосном шасси прицепа (КТУ-10, РШ-5) или на самоходном шасси (РКУ-8,0).
У стационарных питателей-дозаторов, где нет жестких ограничений на устойчивость конструкции.и его габаритные размеры, кроме горизонтальных бункеров (Н-10) и наклонных (КПГ-І0.46.І5.000) я и вертикальные [14, 15] .
Выдача корма осуществляется дозирующими устройствами, состоящими из механизма подачи корма к кормоотделителям [l6...I9j и при перемещении последнего в сторону кормового монолита [20...22], а дозирование достигается изменением скорости подачи [іб] или площади поперечного сечения кормового потока [23, 24] .
Подача корма к кормоотделителям происходит под собственным весом [і5, 25] или под действием подвижного в вертикальной плоскости стола [19],с помощью цепочно-планчатого транспортера [l5] или вибростола [l7] , а-также применением подвижной вертикальной стенки совместно с донным транспортером [26, 27] или без него [l7].
В качестве механизмов, регулирующих скорость подачи, используются: храповой механизм (КТУ-10), многоступенчатые коробки передач [іб] , сменные звездочки, вариаторы и электродвигатели постоянного тока.
Из-за простоты конструкции храпового механизма пульсирующая подача чаще используется на мобильных кормоввдающих устройствах,. а непрерывная подача с плавным регулированием в широком диапазоне изменения скоростей - на стационарных, где имеется возможность, установіш сложного привода и изменения скорости подачи в широком диапазоне. Так скорость подающего транспортера питателя-дозатора ІШГ-І0.46.І5.000 изменяется в пределах 0,003438...0,024 м/с [28], a DS-300-7 и ])S-300-I4, соответственно, 0,0015...0,053 и 0,0015.-..0,065 м/с [29] .
Применяемые кормоотделители возможно подразделить на следующие типы: битерные, транспортерные, шнековые, фрезерные.
Наиболее распространены битерные кормоотделители, получившие свое развитие в конструкциях эксцентрикового битера [зо] с изменяющейся активной длиной пальцев и активного битера [зі] с изменяющимся углом положения штифта при его вращении.
Теоретическое исследование процесса дозированной выдачи измельченных стебельных кормов
Процесс выдачи стебельных кормов питателями-дозаторами с горизонтальным бункером и кормоотделительным блоком, расположенным в его торце, можно представить как отделение частиц с поперечного сечения движущегося кормового монолита шириной В и высотойН . Неравномерность выдачи оценивается отклонениями массы порций, каждая из которых отделяется от монолита, перемещающегося относительно кормоотделителей со скоростью Уп за время экспозиции ЛГ на расстояние Ln.
Следовательно, частицы контрольной порции располагаются в объеме Vu между двумя параллельными плоскостями А и С (рис. 2.1). Масса порции Qn равна 9n = fcVnity, (2.1) где гк =ВН- площадь поперечного сечения монолита (площадь кор-моотделения), м ; 6,Н - соответственно, ширина и высота кормового монолита, м; Дс,- время экспозиции (время выдачи порции корма одному животному), с; У - плотность корма, кг/м3. Отклонение массы порций корма от своего среднего значения происходит в связи с колебанием плотности и влажности кормового монолита, его геометрических параметров, фракционного состава, а также в зависимости от конструктивно-кинематических показателей дозирующего механизма. За оценочный показатель неравномерности массы порций принимаем относительную величину поля допуска 0 [44, 58] , определяемую из выражения (1.5).
Поскольку факторы, влияющие на неравномерность выдачи, взаимно независимы между собой [48] , то среднее квадратическое отклонение ио порций корма можно выразить зависимостью [85] б5 = (бде +брГ + 6svcx + бдн+б9гк) t (2.2) где Qge , Оу , Оохх/, бдн » Одк средние квадратическиє отклонения массы порций, зависящие:, соответственно,от фракционного состава корма, плотности, влажности, геометрии .монолита и типа кормоотделителя, кг/м или кг/с. Для определения степени влияния физико-механических свойств корма на неравномерность потока, выдаваемого дозирующими механизмами, принимаем: частицы корма располагаются в бункере в горизон-тальном положении под различным углом "х к направлению движения корма; частица принадлелшт порции корма, если ее середина (центр тяжести) находится в пространстве объема \/ц ,; каждая фракция единицы объема V имеет определенное количество Л, частиц массой (}е каждая.
Положение частицы корма в бункере определяется значениями случайных величин: расстояния X от середины частицы до ближайшей плоскости А или С и угла сС , образованного осью частицы с направлением движения кормового монолита (см.рис.2.1). Во всевозможных случаях распределения частиц расстояние X изменяется равномерно в интервале [0;0.5ьп], в угол cL - в интервале [0;O,57L] , поэтому вероятность пересечения плоскостей, которая происходит при заданном oL , если 0 X 0,5 U COSoL для случая Ln , L L , согласно [94] , равна 0.5л 0.5?COSoL о /
Для случая, когда Ln .j_, пересечение частицей происходит при любом ОС , распределенном в интервале Q tO,5Ln , если О s о 4 G12CC0S 2 /j. с вероятностью
Отклонение величины У зависит от расположения частиц, т. е. от величин X и cL , а, следовательно, от отклонения значений уе . Независимо от этого У является функцией количества частиц корма Z" /?f , внедренных в соседнюю порцию, которое имеет среднее квадратическое отклонение (Z n/ , определенное таким образом по причине некоррелированности событий пересечения плоскости разграничения порций частицами различной длины.
Учитывая, что изменение величины внедрения частиц корма в соседнюю порцию У пропорционально изменению независимых величин jjg и Z П? , определяется ее среднее квадратическое отклонение 5у по выражению
Программа исследований и описание экспериментальной установки
В соответствии с.вышепоетавленными задачами программой экспериментальных исследований.предусматриваются следующие работы: 1. Исследование влияния фракционного состава корма на неравномерность его выдачи. 2. Исследование .влияния.свойств-корма и.дозирующих устройств на неравномерность выдачи. 3. Исследование влияния величины и соотношения подач питателя и дозатора на частоту.включения электропривода питателя. 4. Исследование влияния.параметров приемного устройства на качество формирования корма в.бункере питателя и энергетические показатели процесса. . .. 5. Оценка результатов исследования и обоснование оптимальных конструктивно-кинематических параметров рабочих органов питателя-дозатора стебельных.кормов.
-Для выполнения.намеченной программы исследований бил.изготовлен экспериментальный-образец.питателя-дозатора.измельченных стебельных кормов [юз] (рис.3.1).
Питатель-дозатор выполнен.в виде прямоугольного бункера вместимостью 40 м3 (10,0 х 2,5 х 1,6 м) с цепочно-планчатым.транспортером на дне. Шаг планок транспортера равен 0,432 м, а его привод обеспечивал их непрерывное перемещение со скоростью 0,001- ... ... 0,50 м/с.
В торцевой части бункера устанавливались различные.типы кор-моотделителей [ЮЗ] .,...3 таком исполнении питатель-дозатор представлял одноступенчатое дозирующее устройство.
Двухступенчатое дозирующее устройство .реализовалось в конст-. .руїщии. пита те ля-до зят.ора,..где кроме кормоотделителей. использовал ея битерный дозатор, (рис..3.2)...
...,...-... Ко.рмо.о.тделители..предстазленЕ как,самостоятельные-блоки, ..-включающие : бит,ерный. ра&.З.З). - четыре битера с .жест-ко ..закреп-г, .... ... ..ле.нктіїьліальцамн;.,а тивно-бдт.ерннй-Срис.,3..4) - три битера .схизме-. .. . ,няющимея,положением.штифтов при вращении [Зі],; транспортерно-до-..,,.-зируіащий..(риа .3.5,). - подающий ж., установленный над ..ним .с регулиро-. .-- ванием.-яю- высоте счесывающий .цепочно-планчатые транспортеры.. . . Битерный дозатор [l04] (рис..3.6) выполнен в виде ленточного транспортера .и установленного над ним с возможностью перемещения. . . - по высоте счесывающего битера. Перед .битером на свободном.конце . .направляющего, щитка кожуха битера.в зоне схода частиц корма с .. .пальцев шарнирно установлена горизонтальная ось.. На.ней жестко - . закреплены пластина, и. два сектора (рис.3.7), взаимодействующие с . бесконтактными переключателями.КВД-3-24. Угол одного .сектора, ра - вен 0,349 рад., а второго - 1,047 рад. При отклонении.пластины от. . вертикального положения из зоны взаимодействия с переключателями выходят поочередно - сначала меньший, а затем больший.сектор... При этом привод питателя отключается. При возврате пластины в прежнее положение во.взаимодействие с переключателями секторы вступают в обратном .порядке. Зто позволяет отключать привод.пита-. теля в момент накопления перед битером наибольшего объема корма VH и включать его в работу при нахождении в дозаторе объема запаса У3 .
Конструктивно-кинематические параметры кормоотделителей и дозатора приведены в таблице приложения 1.
- Исследования рабочих органов питателя-дозатора проводились на экспериментальном стенде (рис,3.8), состоящем из экспериментального питателя-дозатора, весов непрерывного действия 990 ..BH-J0Q,. кормораздатчика КТУ-10,. автоматического регистратора масс . ВЛ-І059М, а также системы транспортеров, .обеспечивающих замкрутый цикл выдачи-загрузш корма». . .. Весы непрерывного действия 990.BH-I0Q (рис.3,9) предназначались для - непрерывного автоматического взвешивания, выдаваемых дозатором порций корма с погрешностью +1,0$ [Юб] . Они лредставляют-ленточный транспортер,, установленный на весах и через систему ры-- чагов связанный с .дифференциально-трансформаторным.датчиком (рис.. -ЗЛО.)..,.Последний подает сигнал, изменяющийся от находящейся на . транспортере массы корма,-быстродействующему самопишущему прибору .. Н-3020-Ї [Юб]
Автоматический регистратор масс ВЛ-І059М [l07j лмеет. схему, подобную весам непрерывного действия 990 ВН-100.
Для исследования процесса приема и формирования монолита кор .ма в бункере питатель-дозатор дооборудуется приемно-ллатформенным устройством.. .
Приемно-платформенное устройство (рис.ЗЛІ) состоит из платформы, размером 8000x2500x103 мм, которая на роликоопорах в направляющих с помощью реверсивного привода совершает возвратно-поступательное двикение.над .цепочно-планчатым транспортером в бункере и вне его.
Влияние фракционного состава на неравномерность выдачи стеоельных кормов
Влияние фракционного состава стебельного корма на неравномерность выдачи определялась с использованием соломы со средневзвешенной длиной частиц 39,46 и 27,28 мм.
Выяснено, что плотность соломы зависит от степени измельчения корма, которая увеличивается по мере уменьшения длины частиц (см.табл.4,1). В то же время плотность корма одного фракционного состава не является постоянной величиной. Она изменяется из-за различного расположения частиц. Так, при средневзвешенной длине частиц 27,28 ж среднее квадратическое отклонение 69V- массы порции корма 0,962 га? объемом 0,03 м3 составляет 0,041 кг, а при объеме 0,06 м3 и массе 1,935 кг - 0,092 кг (рис,4.1).
С увеличением средневзвешенной длины частиц до 39,46 мм колебание плотности возрастает. Среднее квадратическое отклонение массы порции корма 0,762 кг объемом 0,03 м3 равно 0,070 кг, а объемом 0,06 м3 и массой 1,48 кг - 0.130 кг.
Отклонение от среднего значения массы порций, отделенных от кормового потока, вызвано не только изменением плотности корма, но и неравномерным разделением порций по объему взаимного пересечения их частиц.
Согласно (2.18) среднее квадратическое отклонение массы порций соломы бде со средневзвешенной длиной частиц 27,28 мм от не о равномерного разделения по площади 0,06 и 0,12 м" составляет, соответственно, 0,006 и 0,011 кг, а с длиной частиц 39,46 мм - 0,007 и 0,014 кг.
Следовательно, расчетные значения среднего квадратического отклонения б9р массы порций объемом 0,03 и 0,06 м3, определенные по (3.2), при средневзвешенной длине частиц корма 27,28 мм, соответственно, составляют 0,042 и 0,093 кг, а при длине 39,46 мм -0,079 и 0,131 кг.
Среднее квадратическое отклонение масс порций бдо объемом 0,03 и 0,06 м3, определенное экспериментально, при средневзвешенной длине частиц 27,28 мм, соответственно, составило 0,044 и 0,126 кг, а при 39,46 мм - 0,035 и 0,148 кг.
Расхождение опытных и расчетных данных при площади кормоот-деления 0,06 м составляет 5,88 и 6,44$. С увеличением площади о кормоотделешія до 0,12 м" наблюдается неустойчивое разделешю корма по вертикальной плоскости. Это не учтено при расчете величины среднего квадратического отклонения Uge і поэтому погрешность повышается до 26,32$ при средневзвешенной длине частиц 27,28 мм и до 11,34$ при 39,46 мм.
В среднем расхождение опытных и расчетных данных составляет 12,7$. Следовательно, предложенные зависимости влияния фракционно -го состава стебельного корма на неравномерность выдачи достаточно достоверны.
Полученные результаты позволяют выявить степень влияния фракционного состава корма, распределения его плотности и влажности в монолите и дозирующих устройств на неравномерность выдачи стебельного корма.
Влияние составляющих неравномерности выдачи определено при проведении сравнительных экспериментальных исследований дозирующих устройств с битерным и активно-битерным кормоотделителями, транспортерно-дозирующего устройства и битерного дозатора [пз] й при выдаче ими зеленой массы кукурузы.
Корм формировался в бункере высотой 1,4 м и плотностью 226,7 кг/м с помощью распределителя, имеющего следующие параметры: шаг расстановки граблин 1,016 м, скорость их перемещения - 0,06 м/с, скорость перемещения ленточного транспортера, распределяющего корм по ширине бенкера равна 0,201 м/с. Эти параметры являются оптимальными и приняты по результатам исследований, описанных в разделе 3,1.I . Неравномерность распределения зеленой массы кукурузы в этом случае при массовой подаче в бункер 10 кг/с равнялась 13,63$,
