Останин, Константин Александрович. Обоснование параметров и режимов работы смесителя с эластичным рабочим органом для приготовления сыпучих кормовых смесей

brief description

Останин, Константин Александрович. Обоснование параметров и режимов работы смесителя с эластичным рабочим органом для приготовления сыпучих кормовых смесей : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.01 / Останин Константин Александрович; [Место защиты: Азово-Черноморс. гос. агроинженер. акад.].- Зерноград, 2013.- 181 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-5/2557

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ»
04201363107
ОСТАНИН КОНСТАНТИН АЛЕКСАНДРОВУ! і
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ
СМЕСИТЕЛЯ С ЭЛАСТИЧНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ
ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СЫПУЧИХ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ
Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации
сельского хозяйства
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Суханова М.В.
Зерноград, 2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ
ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВ 10
1.1 Обоснование необходимости получения однородной кормовой
смеси 10
1.2 Технологии приготовления комбикормов 14
1.3 Влияние физико-механических свойств сыпучих компонентов
на процесс приготовленной кормовой смеси 28
1.4 Методы отбора обработки проб и оценка качества
смесеобразования 38
1.5 Анализ конструкций смесителей для приготовления сыпучих
кормовых смесей 43
1.5.1 Общие требования к существующим конструкциям
смесителей 43
1.5.2 Эластичные смесители 51
1.6 Цель и задачи исследования 58
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И
РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛАСТИЧНОГО СМЕСИТЕЛЯ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ 59
2.1 Моделирование процесса смешения в эластичном смесителе.... 60
2.2 Анализ взаимодействия сыпучего тела с рабочей поверхностью
эластичного смесителя 69
2.3 Физико-математическая модель эластичного смесителя 72
Выводы по главе 91
3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ В
ЭЛАСТИЧНОМ СМЕСИТЕЛЕ 93
3.1 Программа и задачи экспериментальных исследований 93
з
3.2 Описание экспериментальной установки 94
3.3 Методика определения производительности эластичного
смесителя 98
3.4 Методика проведения экспериментальных исследований 99
3.4.1 Выбор сыпучей кормовой смеси 106
3.4.2 Отбор, обработка проб и качество 110
смесеобразования
3.5 Методика обработки результатов экспериментальных
исследований 113
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ В ЭЛАСТИЧНОМ СМЕСИТЕЛЕ 115
4.1 Результаты отсеивающего эксперимента 115
4.2 Результаты полного многофакторного эксперимента 122
4.2.1 Анализ математической модели процесса смешивания.... 123
4.2.2 Определение зависимости однородности смеси от
кинематических параметров смесителя 124
4.2.3 Определение зависимости однородности смеси от
технологических параметров смесителя 126
4.3 Производительность экспериментальной установки с
эластичным рабочим органом 132
4.4 Рекомендуемые значения параметров смесителя с эластичными
рабочими органами 134
4.5 Дополнения к методике инженерного расчета смесителя 135
Выводы по главе 139
5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ЭЛАСТИЧНОГО СМЕСИТЕЛЯ 140
5.1 Определение экономических показателей смесителя с эластичными рабочими органами по критерию энергетических
затрат 140
5.2 Определение экономической эффективности применения
эластичного смесителя в стоимостной форме 145
Выводы по главе 151
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 152
ЛИТЕРАТУРА 154
ПРИЛОЖЕНИЯ 173
ВВЕДЕНИЕ
Динамичное развитие и процветание страны, ее экономическая незави-симость невозможны без продовольственной независимости. Россия обладает огромным потенциалом, чтобы обеспечить продовольствием не только своих граждан, но и экспортировать сельскохозяйственную продукцию. Для этого необходимо в основном совершенствовать отечественные технологии и тех-нические средства для сельскохозяйственной отрасли.
Продовольственная политика страны должна быть нацелена на незави-симое существование, позволяющее динамично расти и развиваться другим отраслям народного хозяйства. Немаловажная роль в этом отводится разви¬тию кормоприготовительной отрасли сельского хозяйства. Энергию, необхо¬димую организму для создания и восстановления клеток и функционирова¬ния органов животное получает в результате обмена веществ из потребляе¬мого им корма [37].
В настоящее время специалисты, занимающиеся кормлением птицы и сельскохозяйственных животных, уделяют большое внимание разработке оп-тимального состава рационов по питательности и усвояемости. На производ¬стве оптимизация рационов должна производиться с учетом качественного состава и стоимости компонентов, входящих в состав рациона. В кормлении животных немаловажная роль отводится полнорационным комбикормам.
Комбикорм - сложная однородная смесь очищенных и измельченных до необходимой крупности различных кормовых средств и микродобавок, вырабатываемая по научно обоснованным рецептам и обеспечивающая пол-ноценное сбалансированное кормление животных [144].
Полнорационный комбикорм должен обладать всеми необходимыми ка-чествами, обеспечивающими высокую продуктивность, хорошее состояние жи-вотных и низкие затраты питательных веществ на единицу продукции [144].
В комбикормах недостаток в питательных веществах одного компонен¬та компенсируется их наличием в других компонентах.
Степень однородности смеси является одним из основных показателей качества комбикорма, т.к. обеспечивает одинаковую питательную ценность корма во всех частях его объема [117, 128, 132]. Особенно важно распреде¬лять равномерно во всем составе смеси компоненты, водимые в малых коли¬чествах и имеющих высокую биологическую активность и кормовую цен¬ность: премиксы, биовитаминные добавки, лекарственные препараты, микро¬элементы. Неравномерное распределение этих компонентов в объеме смеси может привести к передозировке отдельным особям, что может вызвать за¬болевания и даже гибель животных [87].
Учеными установлено, что высокое качество смешивания кормов спо-собствует увеличению привеса животных до 10% и позволяет достичь высо¬кой экономической эффективности при их откорме [9, 62].
Вместе с тем, подготовка кормов к скармливанию является одной из наиболее трудоемких технологических операций. Затраты труда на кормо- приготовление по данным ряда исследователей [44, 69, 153] составляют 45- 60% общих затрат на производство единицы продукции, а стоимость готовых кормов доходит до 50-70% себестоимости продукции животноводства.
Высокие затраты вызваны тем, что множество различных типов и мо-дификаций серийных смесителей сыпучих кормов не отвечают предъявляе¬мым к ним требованиям. Они металлоемки, энергоемки и не обеспечивают требуемой степени однородности смешивания компонентов [120, 137].
«Разработка новых подходов к повышению эффективности технологи-ческого процесса смешивания является стратегической задачей, стоящей не только перед комбикормовой индустрией. Но и перед кормоприготовитель¬ным оборудованием, которое используется в различных сельскохозяйствен¬ных предприятиях, для приготовления кормов. Эффективное смешивание по-
зволяет снизить перерасход кормов, несбалансированных в рационах по мак¬ро- и микроэлементам» [69].
Представленная диссертационная работа посвящена обоснованию па-раметров и режимов работы смесителя непрерывного действия для приготов-ления многокомпонентных сыпучих кормосмесей, качественный рост эффек-тивности которого определяется использованием в его устройстве эластич¬ных рабочих элементов.
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО АЧГАА на кафедре теоретической и прикладной механики.
Степень разработанности - предложена схема смесительного устрой¬ства с эластичным рабочим органом и получена физико-математическая мо¬дель воздействия эластичной оболочки на процесс формирования многоком-понентной сыпучей кормовой смеси. Разработана экспериментальная уста¬новка, проведены экспериментальные исследования смесителя с эластичным рабочим органом. Выполнено технико-экономическое обоснование эффек¬тивности предлагаемого технического решения.
Цель исследования - обоснование параметров и режимов работы сме-сителя с эластичным рабочим органом, обеспечивающим повышение качест¬ва смешивания сыпучих кормов.
Объект исследования - процесс смешивания многокомпонентных сы-пучих кормов в смесителе непрерывного действия с эластичным рабочим ор-ганом.
Предмет исследования - закономерности процесса воздействия рабо¬чих органов эластичного смесителя на компоненты смеси.
Сформулированы:
Рабочая гипотеза: заключается в том, что создание знакопеременных циклов напряжений может быть достигнуто за счет исполнения смеситель¬ной камеры в виде эластичной оболочки.
Научная гипотеза: повышение однородности смешивания может быть достигнуто путем создания знакопеременных циклов напряжений в эластич¬ной смесительной камере.
Научную новизну результатов исследования составляют:
- реализация способа получения однородных многокомпонентных сы¬пучих кормовых смесей в эластичном смесителе по патенту №2345827;
- зависимости, описывающие процесс воздействия эластичной оболоч¬ки на сыпучее тело;
- параметры и режимы работы смесителя с эластичным рабочим орга¬ном, обеспечивающие интенсификацию процесса смесеобразования сыпучих компонентов комбикормов для птицы.
Практическую значимость имеют:
- конструкция смесителя с эластичным рабочим органом (патент № 2436622);
- кинематические параметры и режимы работы, обеспечивающие по¬лучение однородной смеси;
- методика инженерного расчета основных параметров и режимов ра¬боты смесителя с эластичным рабочим органом.
Результаты исследования могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями при разработке оборудования комбикор¬мовой промышленности и в учебном процессе ВУЗов.
На защиту выносятся’.
- теоретическое обоснование влияния пульсирующих циклов напря¬женных состояний на формирование однородной сыпучей смеси;
- математическое описание работы смесителя и определение ускорения, возникающего при воздействии движущих сил смесителя и сил упругости эластичной оболочки на сыпучее тело;
- конструкция, параметры и режимы работы смесителя, обеспечиваю¬щие получение однородной смеси.
Апробация работы и публикации:
Основные положения диссертации доложены и одобрены: на научно- практических конференциях по итогам НИР ФГБОУ ВПО АЧГАА (г. Зерно- град, 2009 - 2013 гг.); международных заочных научно-практических конфе-ренциях «Современные тенденции в науке: новый взгляд» (г. Тамбов); на от-борочном этапе конкурса научно-технические проекты студентов, аспиран¬тов и молодых ученых по Программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК»), состоявшегося в ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет» в рамках международной научно-практической конференции: «Проблемы и тенденции инновационно¬го развития агропромышленного комплекса и аграрного образования Рос¬сии»; при участии в конкурсе студентов, аспирантов и молодых ученых «Ин-новационное развитие АПК», при участии в конкурсе «Лучшая инновацион¬ная разработка в агропромышленном комплексе Ростовской области». По ре-зультатам исследований опубликовано 10 статей, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК. Получен патент на изобретение № 2436622 «Устрой-ство для приготовления смеси сыпучих материалов».

bibliography

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Анализ смесителей показал, что применяемое оборудование для при-готовления кормовых смесей имеет ряд недостатков.
Требуется совершенствование процесса смешивания. Одним из путей со-вершенствования кормосмесителя является применение эластичной оболочки в качестве рабочего органа.
2. Процесс смешивания интенсифицируется созданием пульсирующих циклов напряжений, разрушающих равновесие сыпучего тела, приводящих, к отрыву частиц от поверхности эластичной оболочки и скольжению слоев смеси, формируя однородную смесь.
3. Создана физико-математическая модель работы смесителя и опреде-лены ускорения, возникающие при воздействии движущих сил смесителя и сил упругости эластичной оболочки на сыпучее тело. Получены теоретиче¬ские зависимости упругих сил от кинематических параметров и режимов ра¬боты эластичного смесителя.
4. На основании экспериментальных исследований установлено, что получение кормовой смеси, удовлетворяющей зоотехническим требованиям кормления, сельскохозяйственной птицы, достигается при следующих значе-ниях: длина отсека 2Ь = 140 мм, частота вращения коленчатого вала
п = 120.. .130 мин ' ; амплитуда колебаний А = 60.. .80 мм, угол наклона сме-сителя а = 3...9°.
Наибольшие показатели однородности смеси достигаются при сле-дующих значениях: длина отсека 2А = 140 мм, амплитуда колебаний отсека А = 70 мм, частота вращения коленчатого вала п = 120 мин угол наклона смесителя а = 6°. Полученные данные параметров работы смесителя, согла-суются с теоретическими зависимостями, и соответствуют величине резуль-тирующего ускорения 4 м/с2. Однородность смеси в этом режиме работы со-ставляет 96,85%. Полученные зависимости, параметры и режимы работы по-
ложены в основу и разработана методика инженерного расчета смесителя с эластичным рабочим органом.
Использование разработанной конструкции с эластичным рабочим органом в линии приготовления кормовых смесей в птицекомплексе обеспе¬чивает высокую однородность получаемой смеси, соответствующую зоотех¬ническим требованиям и обеспечивает получение годового эффекта около 86500 руб. на одну установку при сроке окупаемости 0,4 года.