Главная Коллекция "Revolution" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Розробка та дослідження енергоощадного вібраційного змішувача для внесення преміксів в комбікорми

Розробка та дослідження енергоощадного вібраційного змішувача для внесення преміксів в комбікорми

Порівняльні експериментальні дослідження впливу витрат енергії при різних технологічних режимах на якість змішування. Оцінка ефективності та рекомендації щодо використання нового вібраційного змішувача в переробному сільськогосподарському виробництві.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 27.07.2014
Размер файла 113,4 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

УДК 621.929.7

РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГООЩАДНОГО ВІБРАЦІЙНОГО ЗМІШУВАЧА ДЛЯ ВНЕСЕННЯ ПРЕМІКСІВ В КОМБІКОРМИ

Спеціальність 05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Цуркан Олег Васильович

Харків 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі автоматизації та комплексної механізації технологічних процесів Вінницького державного аграрного університету Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Берник Павло Степанович, Вінницький державний аграрний університет, завідувач кафедри автоматизації та комплексної механізації технологічних процесів.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Сердюк Леонід Іванович, Полтавський національний технічний університет ім. Ю. Кондратюка, завідувач кафедри теоретичної механіки;

кандидат технічних наук, доцент Богомолов Олексій Васильович, Харківський державний технічний університет сільського господарства, завідувач кафедри обладнання та технології переробних і харчових виробництв.

Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, м. Київ, кафедра механізації тваринництва

Захист відбудеться 23 вересня 2004 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 в Харківському державному технічному університеті сільського господарства за адресою: 61002, м. Харків-2, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного технічного університету сільського господарства за адресою: 61002, м. Харків-2, вул. Артема, 44.

Автореферат розісланий,, 17” серпня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Черенков О.Д.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Однією з основних технологічних задач комбікормового виробництва є отримання однорідної суміші. Від ступеня досконалості проведення цього процесу залежать економічні показники виробництва, витрати енергетичних ресурсів і, як результат, продуктивність, товарна якість та собівартість тваринницької продукції. Особливістю процесу змішування є багатостадійність, значна тривалість до 20-25 хв. та енергоємність 1,3-2,3 кВт·год/т, що обумовлено необхідністю одночасного внесення 10-15 компонентів преміксів з різними фізико-механічними властивостями, частка яких у загальній масі комбікорму складає 0,5-5%. Це амінокислоти, вітаміни, ферментні препарати, антиоксиданти, антибіотики, емульгатори, транквілізатори, протибактеріальні речовини та інші складові. Змішування, як правило, здійснюється у гравітаційних, шнекових та лопатевих змішувачах, жодний з яких не забезпечує поєднання високої однорідності суміші, швидкості здійснення процесу і низьких енерговитрат.

Відомо, що вплив низькочастотних коливань на дисперсні системи докорінно змінює їхні властивості. Під дією вібраційного поля, за певних умов, здійснюється циркуляція завантаження і його коливання із частотою коливань контейнера та амплітудою, рівною або меншою за амплітуду коливань останнього. Як показали численні дослідження, коефіцієнти в'язкості і сухого тертя технологічного завантаження зменшуються, в залежності від режимів коливань, на один-два порядки, відбувається інтенсивна взаємодія та послаблення зв'язків між частками суміші на мікро- і макрорівнях.

Застосування вібраційного змішування особливо ефективне у високотехнологічних процесах, що мають місце у кормовиробничій, харчовій, медико-біологічній, хімічній, будівельній галузях та інших, де однорідність суміші - найголовніша умова реалізації технології.

Тому розробка вібраційного змішувача для приготування високоякісних повнораціонних кормів з меншими енерговитратами є актуальною і необхідною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконувалася згідно з тематичним планом науково-дослідних та дослідно-конструкторських розробок за наказом Міністерства сільського господарства і продовольства України №181 від 10 червня 1996 року за темою №172,,Розробка і впровадження вібромашин для переробних галузей АПК'' протягом 1997-2004 рр. Також робота виконувалась згідно з планом наукових робіт ВДАУ і кафедри автоматизації та комплексної механізації технологічних процесів ВДАУ.

Мета і задачі дослідження. Метою цієї роботи є удосконалення процесу внесення преміксів в комбікорми і підвищення їхньої однорідності шляхом розробки і дослідження вібраційного змішувача з покращеними техніко-економічними показниками.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- проаналізувати відомі конструктивні схеми віброзмішувачів із врахуванням особливостей приготування сумішей у сільськогосподарському кормовиробництві;

- спроектувати, виготовити дослідно-промисловий зразок віброзмішувача з неколивним лопатевим валом і провести порівняльні експериментальні дослідження впливу витрат енергії при різних технологічних режимах на якість змішування;

- розробити нову конструктивну схему енергоощадного віброзмішувача з подвійним маятниковим віброімпульсним перетворювачем коливного руху контейнера в обертовий рух лопатевого вала;

- розробити математичу модель запропонованого змішувача, провести її аналітичне дослідження і перевірити адекватність отриманих теоретичних залежностей експериментальним даним;

- обґрунтувати робочі параметри нового вібраційного змішувача для внесення преміксів в комбікорми, оцінити на конкурентоспроможність та розробити рекомендації щодо його використання в переробному сільськогосподарському виробництві.

Об'єкт дослідження. Вібраційний змішувач для високоякісного внесення преміксів в комбікорми.

Предмет дослідження. Вплив вібраційного поля на процес змішування.

Методи дослідження. В роботі використовувалися теоретичні і експериментальні методи досліджень. При інформаційно-аналітичному дослідженні методів та обладнання для змішування застосовували Internet-систему як джерело інформації. При проведенні експериментів та обробці експериментальних даних використовувалися методи планування експерименту та регресійного аналізу. Перевірка адекватності отриманих залежностей експериментальним даним здійснювалась методами математичної статистики з використанням стандартних програм: MathCad, Microsoft Excel 2003. Диференціальні рівняння руху були складені за допомогою рівнянь Лагранжа ІІ-го роду, а їх розв'язок і аналіз здійснювався на основі теорії коливань механічних систем. Визначення технічного рівня розробки проводили за узагальнюючими показниками двох видів.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше шляхом експериментальних досліджень енергетичних характеристик вібраційного змішувача з неколивним лопатевим валом встановлено діапазон значень коефіцієнта режиму вібрації k контейнера для змішуваних матеріалів, при якому сумарні витрати енергії на привод неколивного лопатевого вала і вала віброзбуджувача є мінімальними, неоднорідність, для досліджуваної суміші, при є мінімальною, в порівнянні з існуючими схемами, і досягає 0,8-3%;

- вперше запропоновано використати енергію коливань контейнера для привода неколивного лопатевого вала та розроблено новий вібраційний змішувач із віброімпульсним перетворювачем коливного руху;

- розроблена і проаналізована математична модель нового вібраційного змішувача з двомаятниковим перетворювачем коливного руху контейнера в обертовий рух неколивного лопатевого вала, що дозволило отримати залежності для визначення амплітуди коливань контейнера, потужності привода змішувача та визначити точки встановлення маятників і їх взаємного положення, в залежності від геометричних та амплітудно-частотних параметрів. вібраційний змішувач сільськогосподарський переробний

Практичне значення отриманих результатів. В результаті теоретичних і експериментальних досліджень була обґрунтована схема, розроблено та виготовлено дослідно-промисловий зразок вібраційного змішувача з неколивним лопатевим валом. Запропонована методика порівняльних експериментальних досліджень дозволила знайти умови, коли споживана потужність і час змішування найменші, а якість суміші - найкраща, в порівнянні з існуючими змішувачами. Створений дослідно-промисловий зразок віброзмішувача з неколивним лопатевим валом впроваджено на АТЗТ,,Корделівський ОМКЗ” Калинівського району Вінницької області для внесення преміксів та білково-вітамінних добавок в комбікорми. В результаті час приготування однієї порції зменшився в 2,3-2,5 рази, енерговитрати на здійснення процесу змішування в 1,8-2,1 рази, а однорідність суміші покращилася в 4-5 разів.

Розроблена нова схема енергоощадного вібраційного змішувача для внесення преміксів в комбікорми (патент України на винахід № 63977 С2, м. кл. В 01 F 11/00). Реалізована ідея єдиного привода збудження коливань контейнера і обертання неколивного лопатевого вала з перетворенням енергії коливань контейнера змішувача разом із завантаженням в обертовий рух неколивного лопатевого вала за допомогою подвійного маятникового віброімпульсного перетворювача руху забезпечує ще більше (в 4-5 разів) зменшення питомих енерговитрат на здійснення процесу змішування в порівнянні із традиційними змішувачами.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи автором отримані самостійно. Проведено аналіз стану науково-дослідних робіт по створенню вібраційних змішувачів [1, 2, 6]; розроблена методика проведення теоретичних і експериментальних досліджень, здійснена їх статистична обробка; виконано узагальнення матеріалів за результатами досліджень з підготовкою до опублікування та апробація на наукових конференціях [3, 4, 7]; розроблена фізична та математична моделі вібраційного змішувача з подвійним маятниковим віброімпульсним перетворювачем і проведено їх аналітичне дослідження [5, 8-12].

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися на X та XI міжнародних конференціях,,Теория и практика процессов измельчения, разделения и уплотнения” (Одеса, 22-25 серпня 2002 р.; 24-29 серпня 2003 р.), на IV міжнародній науково-технічній конференції,,Вібрації в техніці та технологіях” (Вінниця, 1-5 жовтня 2002 р.) у роботі XII щорічної міжнародної наукової школи,,Вибротехнология 2002” (Одеса, 19-24 серпня 2002 р.), на III і IV міжвузівських науково-практичних конференціях аспірантів,,Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи'' (Вінниця, 17-19 березня 2003 р., 5-7 квітня 2004 р.), на міжнародній науково-практичній конференції,,Актуальні проблеми технології та механізації процесів переробних та харчових виробництв'' (Харків, 27-28 березня 2003 р.), на міжнародній НТК,,Науково-технічні засади розробки, випробування і прогнозування перспективної сільськогосподарської техніки'' (УкрЦВТ, смт Дослідницьке Київської обл., 2-3 червня 2003 р.), на науково-технічному семінарі,,Совершенствование конструкций оборудования. Развитие конструктивних форм рабочих камер'' (ДГТУ, Россия, октябрь 2003 г.), на IV міжнародній науково-практичній конференції,,Сучасні проблеми землеробської механіки'' (Харків, 17-18 жовтня 2003 р.), на науково-технічних конференціях Вінницького державного аграрного університету у 1998 - 2004 роках.

Публікації. З теми дисертації опубліковано 12 робіт, серед них 8 статей у фахових журналах і збірниках наукових праць, 1 стаття у науковому виданні і 2 у матеріалах наукових конференцій та отримано 1 патент України на винахід.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація викладена українською мовою, складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, що охоплює 131 назву та додатків. Загальний обсяг роботи складає 155 сторінок, в тому числі 41 рисунок, 16 таблиць і 11 сторінок додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, наведені мета і задачі дослідження, викладено наукові положення, що виносяться на захист, наукова та прикладна новизна отриманих результатів, місце і практичне значення створених розробок, дана загальна характеристика дисертації.

У першому розділі представлені результати аналітичних досліджень стану проблеми по змішуванню. Розкрито специфіку внесення преміксів у комбікорми для годівлі тварин, птиці, риб тощо. Виділені основні переваги вібраційного змішування та обґрунтовано доцільність його використання. Представлений аналіз та класифікація конструктивних схем вібраційних змішувачів. Сформульовані задачі досліджень.

Вагомий внесок у створення та впровадження вібраційних технологій і обладнання, а також розвиток конструктивних схем змішувачів, теорію і практику процесу змішування зробили відомі вчені: І.І. Блехман, А.П. Бабічев, П.С. Берник, І.Х. Гончаревич, А.Є. Десов, П.Д. Денісов, В.В. Кафаров, К.М. Корольов, Г.Я. Куннос, Ю І. Макаров, М.В. Михайлов, М.Л. Моргуліс, П.П. Овчинников, Ф.Д. Овчаренко, В.М. Потураєв, В.О. Повідайло, К.М. Рагульскіс, А.М. Скудра, Л.І. Сердюк, В.Й. Сівко, К.В. Фролов, В.П. Франчук, В.А. Членов, В.Б. Яковенко та ін.

На основі проведеного аналізу відомих конструкцій змішувачів, що експлуатуються в різних галузях господарства України та результатів досліджень по даній проблемі, слід зробити висновок, що значного підвищення рівня однорідності отриманої суміші із компонентів з різними фізико-механічними властивостями, зменшення тривалості змішування і питомих енерговитрат можна досягти шляхом комбінованої дії на технологічне середовище вібраційного поля і перемішуючих лопатей. Обґрунтована схема експериментального зразка вібраційного змішувача.

У другому розділі представлена методика проведення досліджень, наведено опис обладнання і планування експерименту методами математичної статистики.

Даний змішувач має зварну раму, на якій встановлений контейнер 3 за допомогою спіральних пружин 2. Ємкість контейнера складає 70 літрів. До контейнера 3 приєднаний дебалансний віброзбуджувач 1, а в середній частині розміщений вал 6 з лопатями 7, який встановлений на опори 5, що жорстко закріплені на рамі змішувача 12, яка не коливається. За рахунок цього при роботі змішувача вал не здійснює коливних рухів, що значно розвантажує підшипникові вузли 5, підвищує їх довговічність і надійність. Крім того, зменшується коливна маса змішувача, що знижує витрати енергії. Завдяки еластичним з'єднанням 4 між лопатевим валом 6 і контейнером 3 коливання контейнера на вал не передаються. Привод вала здійснюється від електричного двигуна 9 через гнучку муфту 8. Завантаження компонентів здійснюється через горловину 10, а вивантаження суміші - через люк 11.

У третьому розділі наведені результати експериментальних досліджень впливу параметрів вібрації на енергетичні та якісні характеристики вібраційного змішувача, метою яких було отримання залежностей витрат енергії та якості суміші в процесі змішування. На установці (рис. 1) порівнювалися три схеми змішування: 1 - вібраційна (без лопатевого вала); 2 - із лопатевим валом без накладання вібрації; 3 - комбінована (вібраційне змішування із лопатевим валом). Як робоче середовище використовували зерно сільськогосподарських культур - ріпаку, вівса, пшениці та ячменю. За основні параметри, які досліджувались, прийняли:

- енергетичні характеристики машини, а саме, потужності на привод неколивного лопатевого вала Pл і вала віброзбуджувача Pв;

- силові параметри, серед яких можна відзначити величину моменту М на лопатевому валі та величину вимушуючої сили F;

- робочі параметри: амплітуда коливань А контейнера, частота обертання лопатевого вала nл і вала віброзбуджувача nв;

- технологічні параметри процесу змішування: неоднорідність суміші Vс та час змішування t.

При проведенні експериментальних досліджень даного змішувача визначали витрати енергії на привод віброзбуджувача і на привод неколивного лопатевого вала в процесі вібраційного змішування сипучих матеріалів. Отримані залежності, які представлені в графічному вигляді на рис. 2.

Із графіка, показаного на рис. 2, випливає, що збільшення коефіцієнта режиму вібрації супрово-джується не тільки незначним ростом споживання енергії на приводному двигуні вала віброзбуджувача Pв, але і суттєвим зменшенням витрат енергії на електродвигуні привода лопатевого вала Pл. Із графіка сумарних енерговитрат на привод змішувача PУ був встановлений режим, при якому існує чітко виражений мінімум використання сумарної потуж-ності на обох приводах змішувача. Це досягається при коефіцієнті , що відповідає режиму безперервного підки-дання часток середовища.

Метою подальших експеримен-тальних досліджень було порівняння якості суміші в залежності від різних схем змішування. Результати експерименту представлені у вигляді графіків на рис. 3.

Отримані залежності показують, що найменша тривалість змішування спостерігається у схемі, коли є комбінована дія вібраційного поля та неколивного лопатевого вала, що зменшує тривалість змішування у 2 рази в порівнянні із традиційним змішуванням за допомогою лопатевого вала і у 5-8 разів - із суто вібраційною схемою змішування. За такої схеми змішування компонентів закінчувалося через 80 с. У змішувачі тільки із вібраційною дією рівномірного розподілу зерен ріпаку у зернах ячменю не досягали і через 800 с. Дослідження, проведені в найбільш економічному режимі роботи змішувача при , доводять необхідність комбінованої дії вібраційного поля та лопатевого вала і показують, що лише за таких умов можливо досягти значення неоднорідності суміші в межах 0,8 - 3% при тривалості процесу 80 - 100 с з мінімальними сумарними витратами енергії.

При побудові математичної моделі досліджуваної технічної системи проводили повнофакторний експеримент у вигляді 24. За цільову функцію - критерій для подальшої оптимізації, обрали енерговитрати приводного двигуна неколивного лопатевого вала Pл, Вт. Отримана математична модель у вигляді лінійного рівняння регресії:

.

Статистична обробка результатів експерименту показала, що збільшення частоти обертів вала щл та площі перемішуючих елементів S призводить до збільшення величини споживаної потужності електродвигуном привода неколивного лопатевого вала Pл, а при збільшенні віброприскорення Ащ2 - до значного її зменшення. Вплив насипної густини г на зміну потужності Pл, в досліджуваних межах, є незначним при накладанні вібраційного поля. Взаємодії усіх факторів виявилися незначимими, що свідчить про відсутність суттєвого впливу зміни значень одного фактора на інший. Адекватність регресійної моделі була встановлена перевіркою за критерієм Фішера, який, за результатами проведених дослідів, склав 1,5792, що не перевищує табличного значення 3,1957.

У четвертому розділі поставлена задача подальшого зменшення витрат енергії в процесі вібраційного змішування. З цією метою було запропоновано використати енергію коливань корпуса змішувача для обертання лопатевого вала. Необхідною умовою реалізації цієї ідеї є перетворення коливного руху контейнера в обертовий рух неколивного лопатевого вала. Таке рішення дає можливість не тільки значно зменшити енерговитрати, але й уникнути використання додаткового електродвигуна та редуктора.

На рис. 4 подана принципова схема нового енергозберігаючого вібраційного змішувача (патент України на винахід № 63977 С2, м. кл. B 01 F 11/00).

Основними конструктивними елементами його є контейнер 4 з еластичними вставками 5, який через пружні опори 1 спирається на раму, віброзбуджувач 2, маятниковий механізм 7 з маятниками 8 і 9, що поєднані між собою та контейнером 4.

Лопатевий вал 6 встановлений нерухомо на рамі змішувача за допомогою стойок 3. Маятники 8 і 9 мають вантажі із масами m1 і m2 та пружини 10 із жорсткостями C1 і C2. Варіюванням цих параметрів, а також довжин маятників підбирають оптимальний робочий режим змішувача.

Віброзмішувач працює наступним чином. Від віброзбуджувача 2, що обертається з кутовою швидкістю В, кругові коливання у вертикальній площині передаються U-подібному контейнеру 4, в торцевих стінках якого встановлені підпружинені маятники 9. Гармонійні коливання, що генеруються приводом, кінематично збуджують крутильні коливання маятників 9. Власні частоти коливань маятників із вантажами вибирають приблизно рівними частоті коливань контейнера, але вони не повинні дорівнювати одна одній, для створення протифазних коливань. Через пружини, які з'єднують маятники, крутильні коливання передаються від маятників 9 до маятників 8. Останні через зовнішню обойму механізму вільного ходу з'єднані із лопатевим валом 6, який встановлений в нерухомих підшипникових опорах. Завдяки еластичним з'єднанням 5 між лопатевим валом 6 і контейнером 4 високочастотні коливання контейнера на вал не передаються. Крутильні коливання маятників перетворюються в обертальний рух вала із лопатями. Напрямок обертання вала задається протилежним циркуляційному руху завантаження. Завдяки протитечійному руху лопатів та радіальному переміщенню контейнера разом із завантаженням відносно лопатів в технологічному завантаженні утворюються складні циркуляційні потоки, в яких, за рахунок різних за величиною і напрямком суміжних шарів середовища, здійснюється активне змішування.

...

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены