Розробка конструкції та обгрунтування параметрів малогабаритних кормозмішувачів

Актуальність теми. Виробництво комбікормів у невеликих обсягах для фермерських і малих господарств викликає потребу розробки малогабаритного, простого в обслуговуванні і ремонті, високонадійного та ефективного обладнання, яке за заданих обсягів виробництва забезпечує належну якість кормів. Найбільш поширені змішувачі неперервної дії 2СМ-1 та С30 розраховані на великі обсяги виробництва і їх використання у невеликих господарствах недоцільне. Також важливим фактором під час розробки такого обладнання є зменшення енерговитрат, що досягається концентрацією технологічних операцій.

Відмічене свідчить про доцільність і актуальність розробки малогабаритних лопатево-гвинтових кормозмішувачів для малих господарств.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до координаційного плану важливих науково-дослідних робіт ВУЗів України на 1996 - 2000рр., та тематики держбюджетних НДР ТДТУ (номер держреєстрації теми 0199U003997, в якій розроблена частина із моделювання змішувальних систем).

Мета та задачі досліджень. Підвищення техніко-економічних показників лопатево-гвинтових кормозмішувачів для фермерських господарств шляхом розробки конструкцій із дозованим забором компонентів та обгрунтування їх конструктивних і технологічних параметрів.

Для досягнення мети в роботі розв'язувались такі задачі:

малогабаритний гвинтовий кормозмішувач неперервна

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульована мета роботи, викладено наукову новизну, приведено положення, що виносяться на захист, а також висвітлені практична цінність і реалізація роботи.

У першому розділі приведено аналіз результатів досліджень процесу змішування та відомих конструкцій змішувачів, висвітлено методи оцінки якості змішування. Наведені дослідження моделювання технологічного процесу змішування. Показано перспективність моделювання та розробки малогабаритного лопатево-гвинтового кормозмішувача неперервної дії.

Великий внесок у формування наукових основ розробки і дослідження процесу змішування сипких матеріалів на основі методів статистичного аналізу зробили вчені: С. Віденбаум, А. Брохман, П. Лацей, Д. Лейсі, П.Данкверст, Ф.Стренк, А.М. Ластовцев, Ю.І. Макаров, Г.М. Кукта і ін.

Теоретичні залежності й загальні відомості процесу змішування та взаємодії сипких матеріалів з робочими органами наведені в працях Василенка П.М., Белянчікова М.М., Зєнкова Р.Л., Панченка А.М., Кошелєва А.Н., Лінника М.К., Ревенка І.І., Гевка Б.М., Лобановського Г.А., Мартиненка Я.Ф., Гейфмана В.П., Рогатинського Р.М., Міочинського П.М., Фурси І.І.

Конструкції, технічні характеристики та принципи роботи найбільш розповсюджених змішувачів, описані в роботах Василенка П.М., Брагінця М.Б., Верещагіна Ю.Д., Дегтярьова Г.П., Жисліна Я.М., Клебана А.С., Мельнікова С.В., Риженкова В.Н., Шафермана М.І.

На основі проведеного огляду технологічного процесу й механізмів змішування встановлено доцільність подальшого розкриття механіки процесу змішування різними робочими органами; підвищення якості змішування; зниження енерговитрат існуючих способів змішування; розробки наукових основ проектування технологічних процесів і механізмів змішування з дозованим забором компонентів; відсутність малогабаритних кормозмішувачів для фермерських господарств.

У другому розділі досліджено процес захоплення компонентів суміші, кінематику взаємодії суміші з робочими органами лопатево-гвинтових кормозмішувачів, виведено теоретичні залежності для моделювання роботи малогабаритного лопатево-гвинтового кормозмішувача, розроблено коміркову математичну модель кормозмішувача, визначено згладжувальну функцію кормозмішувача та розподіл індикатора по довжині, приведено розрахунки лопатей кормозмішувача на міцність та безвідмовність функціонування.

Робочий простір лопатево-гвинтового кормозмішувача неперервної дії конструктивно можна поділити на технологічні зони завантаження (забору і подачі), змішування та транспортування (рис.1), що розміщені в кожусі гвинтового конвеєра, а робочі органи складаються із гвинтових суцільних та секційних елементів, розміщених на одному валу.

У зоні завантаження для пропорційного захоплення компонентів суміші із камерного бункера повинна виконуватись умова , де Q - загальна продуктивність кормозмішувача; l - довжина камери заповнювання. В розгорнутому вигляді ця умова записується:

, (1)

де T, D та d - відповідно крок, зовнішній та внутрішній діаметри шнека у зоні подачі;

T_z, D_z та d_z - відповідно плинні крок, зовнішні та внутрішні діаметри шнека у зоні забору;

та -коефіцієнти заповнення відповідно на дільницях забору та подачі.

Подальші експериментальні дослідження показали, що найбільш ефективним є профілювання шнека по його діаметру D_z, за постійних інших параметрах за залежністю:

. (2)

Для визначення середньої квадратичної похибки процентного вмісту і-ого компонента суміші для пропорційного їх забору із камерного бункера виведено залежність:

, (3)

де C_i - відсотковий вміст i - того компонента в суміші, ;

l_i - довжина камери бункера, в яку завантажується i - тий компонент;

S_цi, S_li та S_вип - середнє квадратичне відхилення відповідно коефіцієнта заповнення кожуха в зоні i - тої камери, встановлення стінки кожуха і-тої камери та інших неврахованих та випадкових факторів.

Для визначення загальної довжини отвору бункера із умови забезпечення гідравлічного витоку сумішей рекомендовано залежність:

, (4)

де В -ширина завантажувального отвору;

k- коефіцієнт, що враховує особливості завантаження кормозмішувача;

- кут внутрішнього тертя компонентів суміші.

За цих умов швидкість осьового руху компонентів повинна перевищувати її критичну величину:

, (5)

де D₅₀ - розмірний параметр частинки;

- кут укладання частинок в бункері, = 42 - 54;

- коефіцієнт приведення швидкості; 1 с.

Параметри потоку суміші в кормозмішувачі формуються на дільниці подачі, де умови переміщення суміші відповідають режиму транспортування в тихохідному гвинтовому конвеєрі, а отже продуктивність лопатево-гвинтового змішувача визначалась за аналогічними залежностями.

Рівняння руху частинки по поверхні кожуха в проміжку між лопатями, записувалось в системі координат супроводжуючого трикутника Onb кривої її траекторії:

; ; , (6)

де , , - складові прискорення частинки в тангенційному, нормальному та бінормальному напрямках;

N - нормальна реакція кожуха;

G, G_n, G_b - відповідні складові сили тяжіння G = mg;

- коефіцієнт тертя.

Розміщення вектора сили тяжіння в системі координат Onb визначали за допомогою матричних перетворень кутових поворотів однорідних систем координат відносно їх осей:

, (7)

де - кут нахилу осі кормозмішувача;

- параметр кутового розміщення в нормальному перетині кожуха;

в - кут нахилу траекторії частинки до площини нормального перетину, в = arctg(v_z/v).

Із врахуванням (6) та (7) виведено диференціальні рівняння руху частинки по поверхні кожуха після відриву від гвинтової лопаті:

(8)

Аналіз розв'язку системи (8) показує, що вільне проходження частинкою технологічного проміжку між лопатями можливе лише для швидкохідних кормозмішувачів. В тихохідному частинки переміщаються потоком під напором лопатей.

Після проходження проміжку між лопатями в зоні змішування швидкість частинки в момент контакту із наступною лопаттю менша за швидкість її сходження з попередньої лопаті частинці масою m надається ударний імпульс , де - приріст нормальної відносно лопатей швидкості. Для кількісної оцінки імпульсного руху суміші та його впливу на ступінь змішування компонентів запропоновано відносний параметр:

, (9)

де та відповідно осьова та тангенційна складові швидкості виділеної частинки після проходження проміжку;

- максимальний приріст нормальної складової швидкості частинки, початкове значення якої в момент зустрічі із робочим органом ;

- параметр моделі.

Для = 2 параметр о має зміст відносного приросту кінетичної енергії частинки від ударної дії. Для суцільного гвинтового робочого органу о = 0, для лопатевого 0 < о < 1.

Під час дослідження процесу змішування суміші лопатевою частиною кормозмішувача використовувалась його коміркова модель (рис.2), в якій проміжки між лопатями моделювались комірками. Ймовірність переходу довільної частинки із комірки в комірку приймалась , а ймовірність того, що частинка не захопиться лопаттю й залишиться в попередній комірці - . Відповідно, для розходу суміші під час проходження зони змішування враховуються тільки ті частинки, що переносяться через поперечний перетин довільної комірки, . Показано, що ймовірність проходження частинок із комірки в комірку дорівнює коефіцієнту просипання суміші через проміжки та краї гвинтової лопаті. Значення може бути встановлено за залежністю , де , та , - коефіцієнт заповнення та опосередкована осьова швидкість потоку, відповідно, в зоні змішування й транспортування. Середній час перебування індикатора в кормозмішувачі та відносний (безрозмірний) час проходження комірки частинкою визначали за залежностями:

; , (10)

де та - довжина лопатей та проміжку між ними по осі кормозмішувача;

- кількість комірок.

Величину відносного середнього часу проходження комірки приймали за одиничий імпульс, а плинне значення часу визначали кількістю імпульсів (рис.3). Для вказаної моделі встановлена в дискретних змінних залежність для визначення безрозмірної концентрації індикатора на виході кормозмішувача:

. (11)

Відповідно, в -ій комірці в момент часу безрозмірна концентрація індикатора становиь .

Для великої кількості комірок , з використанням формули Стирлінга, визначено безрозмірну концентрацію індикатора на виході в неперервних змінних.

Змішувальна та згладжувальна здатності притаманні також зонам завантаження та транспортування, які покращують якість змішування суміші в кормозмішувачі. Рівномірність розподілу компонентів в межах комірки підвищується із збільшенням відносного параметру о ударної дії лопаті.

Вплив ударного навантаження на зміну енергосилових параметрів процесу можна оцінити введенням поправочного коефіцієнту , де - потужність приводу, що витрачається на ударне змішування; - потужність гвинтового транспортера з аналогічними параметрами. Без врахування збільшення втрат на тертя суміші в кожусі:

, (12)

де - густина матеріалу.

Зміна кінематичних та динамічних параметрів процесу ударної взаємодії суміші з лопаттю досліджувалась на загальній динамічній моделі ударної взаємодії (рис. 4-5), для випадку тримасової системи робочий орган (m₁) - суміш, що захоплюється (m₂) - суміш, що не захоплюється (m₃), для якої розроблені алгоритми для розрахунку на ЕОМ та відповідні програми на мові "Delphi".

Складено систему диференціальних рівнянь, що описує рівняння руху елементів системи в напрямку вектора ударної взаємодії:

 (13)

де y₁, y₂, y₃ - координати мас, що в початковий момент руху приведені до ;

, - відповідно їх швидкості та прискорення;

щ - кутова швидкість обертання вала із лопатевим робочим органом;

в₁, в₂ та в₃ - коефіцієнти, що враховують розсіювання енергії при русі відповідних мас;

С₁ - жорсткість робочого органа.

Залежність сили удару сипкого середовища від зміни величини жорсткого зближення y₁₂ мас m₁ та m₂ апроксимувалась залежністю:

, (14)

де k₁₂ - коефіцієнт пропорційності, що враховує реальні властивості ударних мас;

та - параметри моделі;

v₁ та v₂ - швидкість відповідно m₁ та m₂ у вибраній системі координат (нерухомій відносно валу робочого органу).

Сили взаємодії та між масами і та і моделювались імпульсними функціями, що приймали постійне значення на інтервалі зсуву шарів. Сила тертя від переміщення суміші по стінках кожуха в загальному випадку приймалась пропорційною відцентровій силі, що діє на суміш масою ( + ). Встановлено, що в діапазоні кутових швидкостей = 10 -15 для кормозмішувача 100 мм, ударні навантаження у 5 - 8 раз перевищують навантаження на поверхню лопатей порівняно із умовами рівномірного транспортування.

Важливим етапом проектування лопатево-гвинтових кормозмішувачів є розрахунок їх елементів на міцність. Гвинтова лопать сприймає розподілені навантаження під час змішування, яке зосереджуються по зовнішньому круговому периметру лопаті радіусом .

Визначено ширину поверхні згину b на гвинтовому секторі, рівному 2 та максимальне відхилення e перетину профілю лопаті від осі згину, що визначає момент інерції перетину:

, , (15)

де 2 - кут сектора лопаті.

Для коротких лопатей в розрахунках спіралей на міцність необхідно враховувати напруження зрізу , що виникають під дією поперечної сили Р. Мінімальну довжину лінії перетину, що відповідає ширині поверхні зрізу визначали за залежністю:

, (16)

2 - кут сектора лопаті зі зміщеним центром;

та ' - відповідно радіус кривизни лопаті та його похідна.

t - товщина лопаті.

В третьому розділі викладено програму і методику експериментальних досліджень.

Згідно з програмою розроблено конструкцію установки для дослідження процесу змішування комбікормів (рис.6). Установка складається з рами 1, з якою шарнірно з'єднана поворотна платформа 18 з приводом 5 та кожухом 14. В кожусі 14 в опорах 4 встановлено робочий орган 15, що поділений на 3 частини: а - завантажувальну, б - змішувальну, в - транспортувальну. Робочий орган 15 в завантажувальній та змішувальній частинах виконано у вигляді шліцевого валу 13, а у транспортувальній гладким з навареною гвинтовою спіраллю 16. На змішувальній та завантажувальній частинах робочого органу 15 розміщені лопатеві секції 12 та забірна насадка 6. На кожусі 14 розміщені перехідний рукав 7 та вивантажувальний патрубок 19. До перехідного рукаву 7 прикріплений камерний бункер 8, що поділений на камери 11 вертикальними перегородками 9, що встановлені з можливістю осьового пересування на напрямних 10. На валу робочого органу 15, що зв'язаний з приводом 5 ланцюговою передачею 3, змонтований вимірювач крутильного моменту 2. У кожусі 14 передбачені вікна 17 для відбору вибірок на різних ділянках кожуха для оцінки якості змішування. За допомогою вертикальних перегородок 9, пропорційно об'єму складників комбікорму, виставляли довжини камер 11 бункера 8.

Методика експериментальних досліджень передбачала визначення впливу конструктивних параметрів робочого органу та режимів технологічного процесу змішування на якість отриманої суміші, яка оцінювалась за вмістом контрольного компонента та коефіцієнта неоднорідості, а також продуктивності кормозмішувача та силових параметрів процесу із розробкою та виготовленням конструкції вимірювача крутильного моменту. Визначено критерії подібності процесу змішування та розроблена методика поширення результатів дослідних даних для проектування кормозмішувачів інших типорозмірів.

В четвертому розділі за результатами експериментальних досліджень, наведена перевірка адекватності приведених теоретичних викладок і отримано додаткові дані про особливості роботи досліджуваного лопатево-гвинтового кормозмішувача.

За результатами експериментальних досліджень визначено співвідношення розмірів завантажувальних отворів, що забезпечують одночасне захоплення компонентів з камер бункера.

Для визначення раціональних конструктивних параметрів лопатево-гвинтового кормозмішувача проведено багатофакторний експеримент з дослідженням впливу кута нахилу поворотної платформи , частоти обертання робочого органу , кутового зміщення та осьового проміжку між лопатевими секціями, кута нахилу гвинтової лінії _с та ширини втулок лопатевих секцій на вміст контрольного компоненту , коефіцієнт неоднорідності та та величину крутильного моменту М. Дослідження проведено з одночасним варіюванням даними факторами за планом роздрібненого факторного експерименту РФЕ 2^6-1.

1. Дослідження стану питання в кормовиробництві показав, що структурні зміни в сільськогосподарському виробництві призвели до потреби в малогабаритних енергозберігаючих кормозмішувачах неперервної дії із можливістю їх трансформації із гвинтових навантажувальних конвеєрів. У дисертації наведені теоретичні узагальнення і нове вирішення науково-прикладної задачі, що полягає у підвищенні техніко-економічних показників малогабаритних кормозмішувачів для фермерських господарств шляхом побудови та реалізації узгоджених математичних моделей процесів дозування і неперервного змішування лопатево-гвинтовими робочими органами. На основі проведених комплексних досліджень, теоретичного обґрунтування та узагальнень, із позиції системного підходу, сформульовано методи розв'язання науково-прикладної задачі, розроблено лопатево-гвинтовий кормозмішувач та обгрунтувано його параметри.

2. Аналіз компоновок кормозмішувачів неперервної дії показав, що якісне їх покращення можливе за рахунок суміщення механізмів дозування, змішування та транспортування у вигляді об'єднаної системи із спільним гвинтовим робочим органом, що працює в режимі роботи тихохідного гвинтового конвеєра.

3. Встановлено, що дозування компонентів із камерного бункера з точністю до 15% для компонентів із їх вмістом в суміші > 10% забезпечується профілюванням забірної шнекової насадки по зовнішньому діаметру, таким чином щоб приріст площі перекривання поперечного перетину камери шнековою насадкою приймався пропорційним довжині камери та відповідав відносному вмісту відповідного компонету. Надійність дозування компонентів з точністю до 7-10%, в т.ч. для компонентів із процентним вмістом 5 - 10%, досягається використанням шиберів. Зміна висоти стовпа завантаження компонентів в межах білше (1,5 - 2)D не впливає на рівномірність захоплення компонентів.

4. Стабільність роботи кормозмішувача суттєво залежить від подачі компонентів в зону змішування і підвищується при наявності в зоні завантаження ділянки подачі із суцільним гвинтовим робочим елементом, виконаним як продовження забірної шнекової насадки, довжиною (0,5…0,8)T постійного зовнішнього діаметра D та розміщеною, безпосередньо після нього, двозахідною лопатевою секцією кормозмішувача.

5. Встановлено, що раціональні режими, які сприяють зменшенню довжини зони змішування і тривалості процесу є режим ударної взаємодії вантажу із робочими лопатями при тангенційній її швидкості в діапазоні 0,5 < v < 0,7 м/с в залежності від продуктивності кормозмішувача.

6. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень встановлено, що ефективне змішування забезпечується раціональним розміщенням гвинтових секційних лопатей із відносним осьовим проміжком між сусідніми елементами та кутовим зміщенням . При цьому відносна осьова довжина лопатевих секцій повинна змінюватись в межах , кут підйому гвинтової лінії - = 25 - 35, кут сектора лопаті - = 60 - 90.

7. Змішувальна та згладжувальна здатність кормозмішувача і відповідно, якість кормів, підвищується при збільшенні кількості лопатей та збільшенні ймовірності пересипання суміші через лопаті, що конструктивно досягається нахилом змішувача до горизонту. Розроблена конструкція забезпечує ефективне змішування компонентів із коефіцієнтом нерівномірності змішування в межах 7 - 10% при куті нахилу поворотної платформи = 15 - 30.

8. Встановлено, що пульсуючий режим ударного змішування у вказаному діапазоні призводить до збільшення динамічного навантаження на лопаті, і до перевищення рівня статичних навантажень 5 - 8 раз.

9. Встановлено, що динаміка процесу змішування дрібнозернистих сипких компонентів не порушується при забезпеченні відповідних критеріїв подібності, виведених в роботі, що рекомендується використовувати при проектуванні та розрахунку кормозмішувачів різних типорозмірів за досліджуваним аналогом.

10. За результатами досліджень розроблені переспективні конструкції змішувачів на які отримано три позитивні рішення про видачу патентів. Виробничі випробування підтвердили ефективність використиання кормозмішувача.

Основний зміст дисертаційної роботи викладений в таких публікаціях:

Дмитрів Д.В. Опис періодичних (гофрованих) поверхонь робочих органів гвинтових змішувачів // Збiрник наукових праць Нацiонального аграрного унiверситету "Механізація сiльськогосподарського виробництва". -Том 3. -К.: Видавництво НАУ. -1997. - С. 64 - 66.

Дмитрів Д.В. Стенд для дослідження процесу змішування комбікормів // Сільськогосподарські машини, Зб. наук. ст., вип.5. - Луцьк: Ред. - вид. відділ ЛДТУ, 1999. - С. 102 - 105.

Дмитрів Д.В. Технологічні основи виготовлення спіралей шнеків із змінними параметрами для гвинтових змішувачів // Збiрник наукових праць Нацiонального аграрного унiверситету "Сучаснi проблеми сiльськогосподарського машинобудування". - Том 1. - К.: Видавництво НАУ. -1997. - С. 71 - 73.

Дмитрів Д.В., Вітровий А.О. Розрахунок гвинтової лопаті на міцність // Тези доповідей четвертої науково-технічної конф. ТДТУ ”Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні”. - Тернопіль: ТДТУ, 2000. - С. 68.

Пилипець М.І., Гевко І.Б., Пік А.І., Дмитрів Д.В. Оптимізація робочого органа з пружним валом для гнучких гвинтових конвеєрів // Вісник національного університету “Львівська політехніка”. Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні та приладобудуванні. - Львів: В-во НУ “Львівська Політехніка”, 2000. - № 412. - С. 84 - 91.

Рогатинський Р.М., Гевко І.Б., Дмитрів Д.В. Моделювання роботи малогабаритного лопатево-гвинтового змішувача // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст., вип. 6. - Луцьк: Вид-во. ЛДТУ, 2000. - С.129 - 135.

Рогатинський Р.М., Капаціла Ю.Б., Дмитрів Д.В. Змішувач комбікормів // Зб. Наукових праць національного аграрного університету. Механізація сільськогосподарського виробництва. Том 7. - К.: Видавництво НАУ. - 2000. - С. 156 - 159.

Вимірювач крутного моменту: Рішення про видачу патенту на винахід № 99063030 Україна, МПК 6 G01L3/08, G01L3/10. / ДмитрівД.В., Назар І.Й., Гевко Р.Б., Пік А.І., Безпальок А.П. (Україна). - Заявл. 02.06.1999 р.

Пристрій для змішування і подачі сипучих вантажів: Пат. 31565 А UA, МКВ B 01 F15/02, B 65 G 33/14, B 65 G 33/24/ Дмитрів Д.В., Назар І.Й., Рогатинська О.Р., Остапченко О.В. (UA); № 98095095; Заявл. 29.09.1998; Опубл. 15.12.2000. Бюл. № 7 - ІІ.

Пристрій для змішування і подачі сипучих вантажів: Пат. 31570 А UA, МКВ B 01 F15/02, B 65 G 33/24 / Дмитрів Д.В. (UA); № 98095108; Заявл. 29.09.1998; Опубл. 15.12.2000. Бюл. № 7 - ІІ.

Установка для змішування і транспортування сумішей: Пат. 31566 А UA, МКВ B65G 33/14, B65G33/24 / Дмитрів Д.В. (UA); № 98095096; Заявл. 29.09.1998; Опубл. 15.12.2000. Бюл. № 7- ІІ.

АНОТАЦІЇ

Дмитрів Д.В. Розробка конструкції та обгрунтування параметрів малогабаритних кормозмішувачів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Тернопільський державний технічний університет, Тернопіль, 2001.

У дисертаційній роботі представлені наукові дослідження, які направлені на підвищення техніко-економічних показників лопатево-гвинтових кормозмішувачів для фермерських господарств, шляхом розробки конструкції із дозувальним забором компонентів та обгрунуванням їх конструктивних і технологічних параметрів. Розроблено математичні моделі лопатево-гвинтового кормозмішувача та взаємодії лопатей робочого органу із сумішшю. Встановлено аналітичні залежності для розрахунку лопатей на міцність та безвідмовність роботи. Теоретично та експериментально обгрунтовано конструктивно-технологічні параметри завантажувальної та змішувальої частин робочого органа. Визначено критерії подібності для проектування аналогічних кормозмішувачів інших типорозмірів. Розроблено технологічні основи виготовлення гвинтових елементів робочих органів кормозмішувачів. Розроблено рекомендації для вибору раціональних режимів роботи та конструктивно-технологічних параметрів кормозмішувачів.

Ключові слова: кормозмішувач, технологічний процес змішуваня, конструктивно-технологічні параметри, лопать.

Dmitriv D.V. Construction design and argumentation of the main characteristics of small forage mixers - Manuscript.

Dissertation for scientific degree of Candidate of Science (Engineering) on speciality 05.05.11 - machines and means of mechanization of agricultural production. -TSTU. Ternopil, 2001.

Scientific research aimed of raising the technical - economic characteristics of paddle screw forage mixers used by farmers by means of the construction design with the dose ineptly of components and their constructional and technological characteristics argumentation are presented in the dissertation. Mathematical models of the paddle-screw forage mixer and correlation of paddles of waking body with the forage have been developed. Analytical dependencies for calculation of paddles strength and working capability have been determined. Constructional technological characteristics of the loading and mixing parts of the working body have been theoretically and practically argent. The criteria of similarity for design of forage mixer of and their size were determined. Technical basis for production of screw components of mixers working badies have been designed. Recommendation to choose the most convenient operating conditions and constructional-technological characteristics of forage mixers have been worked out.

Key words: forage mixer, mixing technology (technique), constructional-technological characteristics, paddle.

Дмытрив Д.В. Разработка конструкции и обоснование параметров малогабаритного кормосмесителя. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машини и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь 2001.

Диссертационная работа направлена на повышение технико-экономических показателей лопастно-винтовых кормосмесителей для фермерских хозяйств путём разработки конструкции с дозированным забором компонентов и обоснования их конструктивных и технологических параметров.

На основании проведённого анализа конструктивно-технологических схем кормосмесителей, а также известных конструкций рабочих органов смесителей сипучих материалов, предложена технологическая схема малогабаритного лопастно-винтового кормосмесителя непрерывного действия с конструктивным делением рабочего объёма на зоны загрузки, смешивания и транспортировки.

По результатам теоретических исследований выведены зависимости, подтверждённые в дальнейшем експериментами, для определения конструктивных параметров загрузочных отверстий камер и заборной части рабочего органа, которые обеспечивают одновременный и пропорциональный захват компонентов из камер бункера.

Виведены аналитические зависимости, которые определяют кинематику взаимодействия смеси с рабочим органом кормосмесителя. Разработана ячеечная математическая модель лопастно-винтового кормосмесителя, исходя из которой, выведены зависимости для определения параметров процесса захвата смеси, её смешивания и транспортировки в рабочем объёме кормосмесителя. Разработаны трьохмассовая динамическая модель взаимодействия смеси с лопастями рабочего органа, исходя из которой определены динамические параметри процеса ударного смешивания.

Выведены аналитические зависимости для расчёта на прочность и безотказность лопастей рабочего органа кормосмесителя.

С учётом разработанной программы експериментальных исследований разработана техническая документация и изготовлена экспериментальная установка, а также комплект сменных лопастных секций и заборных шнековых насадок для исследования процесса смешивания. На основе положений теории подобности, определены критерии подобности процесса смешивания и разработана методика их применения при проэктировании кормосмесителей других типорозмеров.

Основываясь на результатах експериментов, проведёных по стандартной методике, определено влияние конструктивно-технологических параметров на качество смеси, которое оценивали по величине процентного содержания контрольного компонента и коефициэнта неоднородности. Исходя из регессивных зависимостей, полученных на основе проведённого многофакторного експеримента, установлено, что наибольшее влияние на качество смеси имеют следующие факторы: осевой зазор и угловое смещение между лопастными секциями, угол наклона кожуха с рабочим органом. Произведено измерение крутящего момента с помощью спроектированного измерителя.

Показано, что для использования рабочих органов с периодически изменяющимися параметрами шага и внешнего диаметра, которые интесификуют процесс смешивания, необходима их отработка на технологичность. Розработано технологию прокатки спиралей из заготовки, у которой внешний край изготовлен волновым и ширина изменяется по гармоническому закону.

Определены перспективные направления усовершенствования конструкций и рабочих органов малогабаритных кормосмесителей. Техническая новизна разработок защищена патентами Украины на изобретения.

Ключевые слова: кормосмеситель, технологический процесс смешивания, конструктивно-технологические параметры, лопасть.

Размещено на Allbest.ru