Содержание к диссертации
Введение
Анализ состояния вопроса и обоснование проблемы. цель и задачи исследований 12.
Зоотехнические требования к средствам механизации 12
Значение дозированной выпойки телят в молочный период 13
Существующие технические средства дозированной раздачи
жидких кормов 16
Состояние и анализ исследований процесса нормированной раздачи жидких кормов молодняку животных 32
Общая классификация кормораздатчиков 36
Физико-механические свойства жидких и полужидких кормов 39
Анализ исследований спирально - винтовых насосных технических средств для перемещения высокоплотновязких жидкостей... 50
Выводы. Цель и задачи исследования 63
Разработка и обоснование средств механизации для приготовления и раздачи жидких и полужидких кормов различным возрастным группам животных 65
Биотехнологическая система в животноводстве 65
Установка для раздачи жидких кормов молодняку животных... 66
Устройство для хранения сухого молока с естественной вен
тиляцией и дозированной выгрузкой 73
Устройство для восстановления сухого молока 76
Безнапорный раздатчик жидких и полужидких кормов 78
Сдабриватель грубых кормов жидкими и полужидкими добавками 80
Спирально - винтовые насосные устройства для механизации погрузочно-разгрузочных работ 82
Технологические линии подготовки и выдачи жидких и полу жидких кормов животным 84
Выводы 86
Теоретические исследования 87
Технологические и рабочие циклы технических средств для раздачи жидких кормов молодняку животных 87
Технологические режимные и конструктивные параметры до зирующего устройства 90
Продолжительность слива дозы корма при непрерывном вращении сливного патрубка 104
Теоретические основы аналитического моделирования процессов перемещения жидких и полужидких кормов спирально- винтовыми рабочими органами 111
О движении жидкого корма по желобам самотеком 116
Давление жидкости на стенки желоба 123
Влияние активного слоя на перемещение полужидких кормо-смесей 126
Горизонтальное перемещение жидкого корма в кожухе спирально - винтовым рабочим органом 133
Вертикальный подъем кормосмесей 138
Пороговая скорость подъема полужидких кормосмесей 145
Расчет кормопровода с непрерывным изменением расхода по длине 149
Выводы 159
Экспериментальные исследования процессов и средств раздачи жидких и полужидких кормов 161
Постановка экспериментальных задач 161
Методики и результаты исследований физико-механических свойств кормов 162
4.2.1, Обоснование выбора ЗЦМ в качестве жидкого корма для проведения экспериментальных исследований 162
4.2.2. Схема установки и методика определения предела текучести кормового материала 163
4.3. Лабораторные и экспериментальные установки. Методики проведения опытов
4.3.1. Лабораторная однокамерная дозирующая установка. Методика проведения опытов 170
4.3.2. Экспериментальная установка для выдачи жидких кормов молодняку животных. Методика проведения опытов 174
4.3.3. Планирование многофакторного эксперимента по оптимизации конструктивно - режимных параметров мобильной установки 176
4.3.4. Спирально - винтовые экспериментальные установки 185
4.3.5. Методика проведения экспериментальных исследований спирально - винтовых устройств 188
4.3.5.1. Методика исследования рабочего процесса спирально — винтового насоса 190
4.3.5.2. Методика исследования процесса перемещения корма в треугольном желобе 194
4.3.5.3. Методика исследования рабочего процесса сдабривателя кормов , 196
4.4. Результаты экспериментальных исследований 198
4.4.1. Результаты исследований подачи корма в дозирующую емкость и времени технологического контакта при ее опорожнении 198
4.4.2. Результаты исследований геометрических размеров следа струи ... 202
4.4.3. Результаты исследований влияния основных параметров на показатель неравномерности дозировки порции корма 204
4.4.4. Результаты исследований спирально - винтового насоса 210
4.4.5. Результаты исследования спирально - винтового кормораздающего устройства открытого типа 216
5 Результаты исследования рабочего процесса сдабривания кормов... 221
Выводы 223
Технико-экономические показатели разработанных кормораздающих устройств 225
Исследования кормораздающих устройств в производственных условиях 225
Результаты производственных испытаний 225
Эффективность выпоенных устройств 238
Эффективность раздатчиков жидких и полужидких кормов 247
Выводы 248
Общие выводы 250
Литература 253
Приложения
- Зоотехнические требования к средствам механизации
- Разработка и обоснование средств механизации для приготовления и раздачи жидких и полужидких кормов различным возрастным группам животных
- Влияние активного слоя на перемещение полужидких кормо-смесей
- Результаты исследований геометрических размеров следа струи
Введение к работе
На основе национальной задачи - удвоение ВВП России за 10 лет (послание Президента РФ федеральному собранию в 2003 г.), с учетом состояния агропромышленного комплекса страны, Россельхозакадемией совместно с Минсельхозом РФ разработана «Стратегия машинно-технологического обеспечения производства продукции животноводства».
Наиболее важными составляющими данной стратегии являются обеспечение нормированного кормления молодняка и использование технических средств с универсальными рабочими органами для раздачи многокомпонентных смесей взрослым животным.
Известно, что отсутствие или несоблюдение норм кормления при выращивании молодняка приводят к неправильному развитию и формированию, как отдельных статей, так и всего организма в целом, что не может не сказаться в будущем на их продуктивности и воспроизводительной способности.
При этом нормы кормления должны быть научно обоснованными, удовлетворяющими потребности растущего организма в энергии и питательных веществах в различные возрастные периоды. Применение в производстве детализированных норм при выращивании молодняка позволяют повысить полноценность кормления, эффективность использования кормов и прирост живой массы на 8-12 %.
Другим, не менее важным, обстоятельством обеспечения сохранности молодняка и получения высоких привесов является способ технологического приема молока телятами младшего возраста. Принятый способ должен обеспечить поступление в желудок теленка молока мелкими порциями и хорошо смоченной слюной, утоляя при этом рефлекс сосания. Такое требование связано, прежде всего, с действиями пищевого желоба и физиологическими особенностями развития желудка, который длится до 2-2,5 месячного возраста.
Таким образом, для полной сохранности молодняка, повышение их продуктивности и эффективного использования кормов, необходимы такие машины, которые обеспечивали бы высокую точность дозирования кормового продукта в индивидуальные поилки при наименьших затратах труда и энергии, производили бы выпойку телят в соответствии с физиологией их питания, с требуемой производительностью при их обслуживании, были бы универсальными по назначению.
Однако, выпускаемые серийно и применяемые на практике установки, в силу ряда причин, не нашли своего широкого применения на фермах и комплексах по выращиванию молодняка крупного рогатого скота.
Главным и существенным недостатком следует считать несоответствие зоотехническим требованиям качественных показателей работы этих установок. Поение телят осуществляется вволю при свободном доступе телят к соскам (УВТ-6, либо дозированная выдача продукта животным производится вручную под визуальным контролем оператора (УВТ-20, УПР-Ф-720-01,КПГ-10).
Очевидно, осуществляемая таким образом выпойка телят не в полной мере отвечает современным требованиям механизации этого процесса. Особенно неудовлетворительно выполняется процесс дозирования жидких кормов, так как он сопровождается большими погрешностями вследствие визуального контроля за выдаваемым объемом такого ценного продукта, как молоко или его заменителей.
Большие погрешности в дозировании ведут к нерациональному расходу кормов, повышению себестоимости выращенного молодняка и функциональным нарушениям всего организма с оказанием отрицательных последствий на их продуктивности.
Вышеизложенное указывает на актуальность поиска и изыскания более совершенного процесса дозированной выпойки молодняка, и на этой основе создание улучшенного образца поильной установки с таким дозирующим устройством, которое обеспечивало бы требуемую подачу корма при выпойке телят, и отвечало бы в целом современным зоотехническим требованиям.
Известно, что на каждом этапе роста и развития животных меняются режимы и рационы их кормления. При этом вид и консистенция кормов оказывают определяющее влияние на выбор механизированных средств раздачи кормов. Для транспортировки материалов и раздачи кормов на животноводческих фермах и комплексах широко применяются машины непрерывного транспорта с ленточными, цепочно-планчатыми, ковшовыми, скребковыми и шнековыми рабочими органами. Транспортирование жидких и полужидких кормов по трубам с помощью гибкого спирального винта является наиболее экономичным из всех способов известных в практике по доставке и выдаче кормов животным. Характерной особенностью такой установки является ее универсальность и возможность использования в стационарном варианте как для кормления молодняка жидкими кормами, так и при раздаче взрослым животным полужидких кормов по открытому желобу.
Установка со спирально-винтовым рабочим органом также легко модернизируется для сдабривания грубых кормов бардой и (или) насыщения другими питательными веществами. Привод спирально-винтового рабочего органа очень прост, в нем нет промежуточных механизмов для передачи движения от двигателя к рабочему органу. Пружина кормораздатчика имеет значительно выше скорость вращения, чем шнек, что позволяет при равной производительности сделать конструкцию раздатчика более компактной и менее металлоемкой.
Таким образом, с использованием спирально-винтовых кормораз-дающих устройств легко механизировать процессы раздачи различных по консистенции кормов животным, начиная с момента рождения и до достижения ими продуктивного возраста.
Однако массовое применение подобных технических средств на производстве сдерживается недостаточной их изученностью и конструктивно-технологической обоснованностью для кормления различных возрастных групп животных.
Поэтому разработка технологий и технических средств, адаптированных к физиологии животных, обеспечивающих качество кормления и повышение эффективности данного процесса путем снижения нерацио 9 пального расхода кормов, материало - и энергозатрат на производство животноводческой продукции, является актуальной научной проблемой народнохозяйственного значения.
Объект исследования. Технологические процессы раздачи жидких и полужидких кормов животным и технические решения для их осуществления.
Предмет исследований. Дозирование, транспортирование, смешивание, объемные двухцилиндровые дозаторы, транспортеры — смесители с новыми рабочими органами в виде гибкого спирального винта.
Цель работы. Разработка теоретических основ новых технологий, машин и оборудования, предназначенных для кормления групп животных от рождения до продуктивного возраста, в соответствии с физиологией их питания, исследование и внедрение технологий, технических средств в сельскохозяйственное производство.
Методы исследований. Теоретические исследования базировались на законах теоретической механики и механики жидкостей с использованием математических моделей, описывающих процессы дозирования жидкого корма объемным дозатором и перемещение полужидких кормов спирально - винтовым рабочим органом. Экспериментальные исследования проводились согласно разработанным методикам с использованием теории планирования экспериментов, современных приборов и установок и обработкой результатов методами математической статистики при помощи ЭВМ.
Научная новизна. Научную новизну составляют:
- новые ресурсосберегающие технологии в четырех вариантах и технические средства их реализации, обеспечивающие качество кормления групп животных от рождения до продуктивного возраста;
- теоретические разработки процессов дозирования кормов дозирующими устройствами, транспортирование и смешивание кормового материала гибкими спирально - винтовыми рабочими органами;
- математическая модель дозирования корма, связывающая различные факторы, влияющие на процесс: уровень и вязкость корма в резервуаре; площади сечений нагнетательных и сливных отверстий; частота вращения распределительного крана; длина сливного патрубка и др.; - теоретическое обоснование формы и размеров активного слоя кормового материала в виде прямоугольника с основанием, равным диаметру рабочего органа и высотой, пропорциональной его частоте вращения при перемещении корма гибким спирально - винтовым рабочим органом;
- способ повышения вкусовых и питательных ценностей грубых кормов путем обогащения их жидкими компонентами или бардой с помощью гибкого спирально — винтового рабочего органа на заключительном этапе подготовки кормов к вскармливанию;
- конструктивные схемы технических средств, реализующие четыре варианта новых технологий, защищенные авторским свидетельством и пятью патентами на изобретения.
Практическая ценность. Совокупность разработанных технологий и технических средств позволили решить проблему кормления крупнорогатого скота от рождения до достижения ими продуктивного возраста, а внедрение результатов исследований в производство обеспечили: снижение непроизводительного расхода жидких кормов при выпойке телят до 12 %; сокращение расхода электроэнергии до 50 % и затрат труда на раздачу кормов до 40 %; снижение металлоемкости в 2...3 раза; сокращение сроков достижения продуктивного возраста на 2.. .4 месяца.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского ИМЭСХ (1989...1992 г. г.), Оренбургской ГСХА (2003 г.), международной НПК (г. Сочи, 2003 г.), Ростов - на Дону АСХМ (2003 г.), Рязанской ГСХА (2003 г.), Самарской ГСХА (2004 г.), Костромской ГСХА (2004 г.), Ульяновской ГСХА (1992...2005 г. г.), 13- Международной НПК «Новые технологии и техника для ресурсосбережения и повышения производительности труда в сельскохозяйственном производстве» (Тамбов, 2005 г.), научно - технических советах Министерства сельского хозяйства Ульяновской области и проектного института «Ульяновскагропромпроект» (г. Ульяновск, 2005 г.); на Международной НПК по механизации с.-х. (ВИМ, Москва, 2005 г.), на расширенных заседаїпіях кафедр Ульяновской ГСХА (2005 г.) и «Электрификация и механизация животноводства» Казанской ГСХА (2005 г.). Реализация результатов исследований. Результаты исследований
использованы Всероссийским научно-исследовательским институтом механизации животноводства (ВНИИМЖ, г. Подольск) при разработке средств раздачи кормов животным производительностью до 1 т/ч.
На базе «Рем Маш Сервис» (г. Тольятти) изготовлены 10 различных производственных вариантов и начат массовый выпуск транспортирующих, погрузочно-разгрузочных устройств со спирально - винтовыми рабочими органами для перемещения жидких и полужидких сельскохозяйственных материалов.
На базе Ремонтно-механического завода (г. Ульяновск) изготовлены 9 технических средств со спирально - винтовыми рабочими органами.
В ООО «Вершина - Агро» Самарской области внедрены в производство три варианта аналогичных технических средств.
Разработанные средства механизации раздачи жидких и полужидких кормов внедрены в пяти хозяйствах Ярославской, в четырех хозяйствах Ульяновской, в трех хозяйствах Самарской областей и в одном хозяйстве Чувашской республики. Результаты исследований включены в рекомендации производству. Материалы исследований в виде монографии «Технология и технические средства механизации раздачи жидких кормов» используются в учебном процессе сельскохозяйственных ВУЗов.
Публикации:
Основные положения диссертации опубликованы в рекомендуемых ВАК РФ журналах и монографиях (30,2 п. л.), в материалах международных, межрегиональных конференций, симпозиумов и других изданиях. Получено одно авторское свидетельство и шесть патентов на изобретения.
Всего по теме диссертации опубликовано 45 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений, списка использованной литературы и приложений. Общий объем составляет 350 страниц машинописного текста, который включает в себя основной текст и 9 приложений. Основной текст изложен на 270 страницах, содержит 18 таблиц, 100 иллюстраций, список использованной литературы, включающий 210 наименований, в том числе 25 - на иностранных языках.
Зоотехнические требования к средствам механизации
Состояние здоровья, продуктивность животных и птиц зависят не только от качества, уровня и полноценности их питания, но и в значительной мере - от своевременной и правильной выдачи кормов. Раздача кормов - одна из ответственнейших задач в животноводстве. По трудоемкости она составляет 40% общих трудовых затрат по уходу за животными.
Способ содержания животных, режимы и рационы кормления, вид и консистенция кормов оказывает определяющее влияние на выбор механизированных средств для раздачи кормов.
Несмотря на их разнообразие, к ним предъявляются сложный комплекс требований, в том числе: зоотехнические - равномерность и точность раздачи, дозировка его индивидуально каждому животному или группе животных, бесшумность в работе, исключение загрязненности корма, рассеивание его фракций, травмирования животных и птицы; технико-экономические - универсальность в выдаче различных по виду и консистенции кормовых масс, долговечность и металлоемкость, удобство и безопасность в эксплуатации, автоматизация выполняемых рабочих процессов.
Раздатчики должны точно дозировать корма, при этом, например, неравномерность выдачи жидких кормов молодняку животных должна быть не более ±3%, возвратимые потери не должны превышать 1%, невозвратимые потери не допускаются.
Средства механизации должны учитывать и соответствующие методы кормления и выращивания.
Выращивание телят в молочный период - самый ответственный период в их жизни, что связано с особенностями развития желудочно-кишечного тракта и приспособлением организма к новым для него условиям [72,112,157]. По мнению авторов [92,112,114], телята рождаются с хорошо развитым сычугом и слабо развитыми преджелудками, а смыкание губ пищевого желоба у них при приеме жидкого корма происходит рефлекторно и зависит от величины (объема) глотка, если глотки оказываются больше 30 мл и частыми, что бывает при поении из ведра, то пищеводный желоб не смыкается и молоко изливается в преджелуд-ки. Это обстоятельство, по их мнению, приводит к тяжелому расстройству пищеварения и даже гибели теленка.
По данным исследований известного английского ученого Дж. X. Б. Роя [72], падеж телят до месячного возраста, сосавших молоко из сосковых поилок, составил 4%, а среди телят, выпаиваемых из ведра, - 9%. Падеж телят по этой же причине исследовался другими авторами.
В системе выращивания молодняка, наряду с вышеуказанными отрицательными факторами технологического приема жидкого корма из ведер, немаловажное значение имеет нормированное кормление животных по периодам их роста и развития. Ненормированное кормление при выращивании молодняка приводит к негармоническому развитию тела и функциональному нарушению всего организма, сопровождающемуся в будущем снижением их продуктивности и воспроизводительной способности [71,112,158,174].
Отрицательные стороны ненормированного кормления замечены давно, а в настоящее время исследованиями доказана его вредность и экономическая невыгодность. Так, например, некоторые исследователи [35,134,147,157] отмечают, что недокорм или избыточное кормление вредно для животных и убыточно для хозяйства. Исследователями [4,11] также проводились опыты с различными условиями кормления при выращивании телят как молочного, так и мясного направления. В результате было установлено, что в первом случае недостаточное кормление задерживало использование животных на 2...3 месяца, а обильное кормление привело к угнетению молочных и снижению воспроизводительных функций.
Следует отметить, например, что современные методы выращивания телят должны основываться на знании следующих особенностей:
- теленок должен медленно высасывать, согласно филогенетически закрепленному рефлексу, а не выпивать молоко, особенно в первые месяцы жизни;
- количество жидкого корма, подаваемого теленку, должно строго соответствовать зоотехнической норме.
Этим требованиям, в определенной степени, отвечает групповое содержание животных, которое, по мнению большинства ученых и практиков [37,73,125,152,174], позволяет получать телят-молочников с большей массой и лучшим развитием. Индивидуально - клеточный метод содержания телят, по сравнению с групповым методом, отличается высокой трудоемкостью, низкой производительностью и не способствует полной реализации генотипа животных по показателю продуктивности [83,112]. Следовательно, содержание телят с 15-ти дневного возраста безвыгульно, беспривязно в групповых клетках по 8... 10 голов, является самым оптимальным методом и применение его на практике, по мнению авторов [70,75], снижает заболеваемость телят, повышает энергию их роста, уменьшает затраты и средства на их выращивание. Кроме этого, применение такого метода создает условия для максимального использования полезной площади здания с механизацией процесса выпойки телят, увеличивая при этом производительность труда на 25%, а плотность размещения скота до 30...50% по сравнению с содержанием в индивидуальных клетках. Исходя из принятого группового метода содержания телят, в настоящее время применяют следующие способы выпойки телят: - подсосный; - ручной; - механизированный.
Разработка и обоснование средств механизации для приготовления и раздачи жидких и полужидких кормов различным возрастным группам животных
Процесс производства продуктов животноводства, с точки зрения системного подхода, можно представить как биотехнологическую систему: «Оператор - корм - машина - животное - среда». После исключения первого и последнего звена, выше указанную систему можно рассматривать как трехзвенную модель «корм - машина - животное», существенным образом взаимодействующих друг с другом (рисунок 2.1.). Каждый этап такого взаимодействия сопровождается процессами энергонасыщения и энергообмена, в результате чего совокупная энергия переносится на конечный продукт как сумма всех энергозатрат на производство продукции. .
В связи с этим разработка новых энергосберегающих технологий и технических средств раздачи жидких и полужидких кормов, отвечающих технологическим и физиологическим параметрам животных на всех этапах их роста и развития, представляет актуальную научную проблему.
Анализ существующих средств механизации выпойки телят позволил сделать вывод о перспективности применения универсальных по типу и назначению установок, осуществляющих индивидуально - дозированную выпойку разновозрастных групп телят, размещенных по фронту кормления. Эффективность использования вышеупомянутых установок при обслуживании телят молочного периода во многом определяется качеством дозирования кормового продукта и производительностью агрегата в целом. Значительному увеличению производительности агрегата при кормлении животных способствует использование времени выпойки предыдущей группы телят для дозирования корма последующей группе животных. Для достижения этой цели, на наш взгляд, установка должна снабжаться накопителем корма, выполненным в виде кольцевой емкости, разделенной на сектора, число которых должно строго соответствовать числу поильных чаш на установке. При этом сектора должны быть сообщены с поилками посредством гибких кормопроводов. Последние должны иметь общее запорное устройство для изолирования, при необходимости, поильных чаш от секторов накопителя. Такое конструктивное выполнение установки позволит совместить операции кормления с дозированием корма в сектора накопителя для последующей группы животных. Этим достигается значительное сокращение общего технологического времени выпойки всех групп телят, что способствует в целом повышению производительности агрегата при обслуживании животных.
Главным структурным элементом выпоечной установки является ее дозирующее устройство. Анализ их разновидностей показал пер спективность использования объемных дозирующих устройств. Исходя из этого, для нормированной выдачи жидких кормов телятам нами предложено двухкамерное дозирующее устройство непрерывно-дискретного действия. Оно обеспечивает с достаточной производительностью деление непрерывного потока на отдельные порции с формированием его объема в замкнутых емкостях дозирующего устройства, с последующей индивидуальной выдачей их потребителю. При этом весь процесс, начиная с подачи продукта в мерные емкости, отмеривания заданной дозы, и слив ее в поильные чаши происходит автоматически без участия оператора, что весьма существенно по сравнению с другими принципами дозирования жидких кормов животным.
В дозирующих устройствах, в целях исключения влияния обильного пенообразования на точность формирования доз, необходимо применить принцип заполнения ее емкостей под уровень, а днища их выполнить в форме обратного конуса. Это позволит более стабильному наполнению емкостей по спирали, а при сливе обеспечит полное опорожнение без остатка порции корма. Для устранения образования воздушной пробки при наполнении и вакуума при сливе корма из емкостей дозирующего устройства их следует снабдить плавающими воздушными клапанами. Помимо этого, в них должно быть предусмотрено устройство для оперативного изменения нормы выдачи жидкого корма различным возрастным группам телят.
.С учетом выявленного перспективного направления и исходя из вышеизложенных условий, нами разработана принципиально новая конструктивно-технологическая схема установки для индивидуально-дозированной выпойки телят молочного периода. Новизна этой схемы подтверждена а. с. №1648301.
Влияние активного слоя на перемещение полужидких кормо-смесей
При перемещении полужидкого корма в пружинном транспортере открытого типа в результате действия центробежных сил наблюдается образование так называемого активного слоя. Рассмотрим образование такого слоя на примере перемещения корма, который по своим свойствам можно отнести к неньютоновским жидкостям класса бингамовских пластиков. Этот тип неньютоноских жидкостей описывается уравнением Шведова-Бингама: Для описания движения жидкости в активном слое примем следующую модель (рисунок 3.10): - активный слой в поперечном сечении представляет прямоугольник высотой h и основанием равным 2R, где R - радиус пружинного транспортера; - при h = 0 жидкость движется со скоростью 3 0 = nS/60, где п -частота вращения пружины, мин"; S - шаг винтовой линии пружины; - на свободной поверхности скорость жидкости отвечает условию течения неньютоновских жидкостей.
Уравнение Навье-Стокса для движения слоя жидкости имеет следующий вид (Ландау Л. Д.) - для движения внутри гибкого спирального винта:
Непосредственно измерить высоту активного слоя при работе транспортера затруднительно, о ней можно судить, сравнивая теоретическую подачу с экспериментальной. Подача транспортера открытого типа складывается из подачи активного слоя и внутренней подачи, которая состоит (в зависимости от ту и л) из подачи кольцевого слоя, вязкого течения и ядра и активного слоя. Подача активного слоя:
Для определения теоретической производительности принята следующая модель движения полужидкого корма в пружинном транспортере (в данной работе исследовалось движение корма внутри пружинного транспортера): -корм в кольцевом слое радиуса г (R-S r R) движется со скоро стью А, = —: 0 60 - влияние внешних сил, обусловленных периодичностью структуры пружинного транспортера («прозрачностью»), заменено эквивалентным противодавлением; - зазор между винтовой поверхностью пружины и кожухом отсутствует.
Для вязкой жидкости уравнение Навье - Стокса в цилиндрических координатах будет иметь вид (для установившегося течения): Горизонтальное перемещение жидкого корма в кожухе спирально - винтовым рабочим органом
Из емкости с заданным напором Н корм поступает в цилиндрическую трубу длиной L и радиусом R (рисунок 3.11), в которой вращается с угловой скоростью со и движется вдоль трубы с линейной скоростью и = S»a)f(2u:) гибкий спиральный винт среднего радиуса г, диаметр проволоки которой равен S, а ход винта , увлекая за собой жидкость плотностью/?, коэффициент кинематической вязкости которой равен у.
Сила, действующая на жидкость со стороны одного витка проволочного винта, равна лобовому сопротивлению обтекающему его потоку и вызывается разностью давлений по обе стороны по потоку и напряжениями трения, и определяется по формуле: P=cFu02p/2 , (3.120) где с - коэффициент лобового сопротивления, F - площадь проекции витка на плоскость поперечную движению, м ; иа - относительная скорость набегающего потока, м/с.
Результаты исследований геометрических размеров следа струи
Данные оценки по улучшению условий забора жидкости при помощи вращающегося гибкого спирального винта позволяют более эффективно и с меньшими энергетическими затратами организовать работу транспортирующих устройств и насосов.
В работе рассматривается забор вязкой жидкости вертикальной трубой при вращении в ней пружины. Анализ теоретически полученных зависимостей и сравнение их с экспериментальными данными позволяет сформулировать рекомендации по способу забора жидкости.
В цилиндрической трубе радиуса R (рисунок 3.17) вращается с угловой скоростью со и движется с линейной скоростью U=SCQ/(2TZ) спирального винта среднего радиуса г, диаметр проволоки которой равен д, а ход винта - S, увлекая за собой жидкость плотностью р, коэффициент кинематической вязкости которой равен у.
Для оценки возможной высоты подъема жидкости при заданной частоте вращения пружины можно использовать теорему об изменении кинетической энергии системы: dT=ZAk или Т=А (ЗЛ61) Если кинетическая энергия вращающегося элементарного слоя у жидкости объема V равна Т= Jco0 /2, а работа сил тяжести A = pVghy тогда уравнение запишется: Jco2/2=pVgh. Подставляя значение момента инерции цилиндрического слоя жидкости pVR2/2 = J, получим уравнение:
Принимая во внимание (с учетом опытных данных), что угловая скорость вращения жидкости соо равна половине угловой скорости вращения пружины со0 = со I 2, получим формулу для определения высоты подъема жидкости: и К22 h = . (3.163) 06g) При R = 0,05м и со - 2ии. = 6,28x29 = 1,8х102 с"1 высота подъема жидкости не превышает h = 0,5 м.
В случае подъема жидкости и движения спирального винта в канале скорость перемещения жидкости относительно спирального винта равна щ=и-&2 где и - линейная осевая скорость движения спирального винта, a i9z- осевая скорость жидкости относительно канала. Уравнение Бернулли данного движения для объема, соответствующего шагу винта S вдоль оси Z: p$=&p-pgS-hn , (3.164) 147 где hn - потери напора в трубопроводе на данном участке.
Принимая во внимание, что шаг винта пружины составляет S 20.. .60 мм, на такой длине потери напора в уравнении (3.164) можно не учитывать. Тогда, подставив значение перепада давления за счет движения спирального винта по формуле; Ар = &Н1 = М»-Ю2 t (3Л65) 2 2 в уравнение (3.164), получим уравнение для определения осевой скорости движения i9z: Lpti.fr&fZ-figs. (3.166) Приведя его к виду, удобному для решения, получим квадратное уравнение относительно i9z: (4-1)3%-2&Sz+&2-2gS = 0 . (3.167) Дискриминант этого уравнения равен: D=4(Cu2+2gS(C-l)) . (3.168) При I величина дискриминанта всегда положительна D 0, а при С I, D 0, только при Си2 2gS{\-).
Таким образом линейная скорость движения гибкого спирального винта должна удовлетворять неравенству:
Далее, решая это квадратное уравнение, получаем значение скорости движения жидкости по трубопроводу 3Z\ Значение критической скорости Ukp находится из условия 3Z = 0, откуда икр = 2qS.
Полученная теоретическая зависимость (3.167) позволяет определять значение критической, или пороговой скорости движения спи 148 рального винта, или частоты его вращения, т. е. скорости, при которой начинается подъем жидкости.
На основании теоретических предпосылок вертикального перемещения жидких и полужидких кормосмесеи и других высокоплотновяз-ких жидкостей с органическими включениями, рекомендуется расчетная модель пружинного насоса (рисунок 3.18).
