Обоснование основных параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов с перемешивающими элементами конической формы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Обоснование основных параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов с перемешивающими элементами конической формы

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Яцунов Александр Николаевич

Новосибирск 2008

Работа выполнена на кафедре «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Сабиев Уахит Калижанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Федоренко Иван Ярославович;

кандидат технических наук Бахарев Геннадий Филиппович

Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» (ГНУ СибНИИСХ)

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Научными исследованиями и практикой доказано, что в комбикормах заложены большие резервы повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы. Скармливание зернофуража в виде дерти малоэффективно и экономически необоснованно. Простые кормовые смеси из нескольких видов зернофуража, сбалансированные по составу, дают значительно больший эффект, чем простая дерть, приготовленная из одной культуры.

С зоотехнической точки зрения важно не только ввести в состав кормосмеси предусмотренные рационом компоненты в требуемом количестве, но и необходимо равномерно распределить их во всем объеме смеси.

Однородность смеси обеспечивает одинаковую питательную ценность корма во всех частях его объема. Использование для кормления животных неоднородных по своему составу смесей значительно снижает их продуктивное действие. Особенно важно хорошо распределить компоненты, вводимые в малых количествах и имеющие высокую кормовую ценность или биологическую активность: биовитаминные добавки, премиксы, микроэлементы, лекарственные препараты, витамины. Неравномерное их распределение в объемах смеси может привести к передозировке отдельным особям и, что не исключено, к заболеваниям и даже гибели животных и птицы.

На основании литературного обзора было выявлено, что серийно выпускаемые смесители кормов не обеспечивают установленной зоотехническими требованиями однородности смеси. Установлено, что наиболее рациональным при смешивании сыпучих кормов является применение вибрационных смесителей, имеющих пониженный расход электроэнергии, высокую технологическую эффективность и простых по конструкции. Однако рабочий процесс вибрационных смесителей изучен недостаточно. В связи с этим возникает необходимость обоснования основных параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов, оказывающих существенное влияние на качество получаемой смеси. Научные исследования проводились в соответствии с планами НИОКР ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет».

Цель исследования - повышение качества смешивания сыпучих кормов за счет оптимизации основных параметров вибрационного смесителя непрерывного действия.

Объект исследования - процесс смешивания сыпучих кормов в виброжелобе с перемешивающими элементами, имеющими конические поверхности виброконтакта.

Предмет исследования - закономерности процесса взаимодействия сыпучих кормов с рабочими органами смесителя.

Научная новизна. Впервые исследован процесс смешивания сыпучих кормов в виброжелобе с перемешивающими элементами конической формы. Обоснованы геометрические параметры конических поверхностей виброконтакта и высота слоя. Получены дифференциальные уравнения, характеризующие движение частиц сыпучей среды и являющиеся математической моделью процесса смешивания сыпучих кормов. Составлена программа к ЭВМ для вычисления теоретических траекторий движения частиц. На основании теоретических и экспериментальных исследований оптимизированы основные параметры вибрационного смесителя сыпучих кормов, обеспечивающие получение стабильно высокого качества смеси.

Новизна технического решения подтверждена патентами РФ на полезную модель.

Методы исследования. При теоретических исследованиях применялись методы теоретической и технической механики, методы решения дифференциальных уравнений. При экспериментальном исследовании применялись методы планирования эксперимента и регрессионного анализа. При обработке результатов исследования - методы математической статистики, теории вероятностей, линейного программирования.

При теоретических исследованиях и обработке результатов экспериментов вычисления производились на ПЭВМ с использованием программ Math CAD, EXCEL.

Практическая значимость. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета вибрационного смесителя сыпучих кормов. Определены его оптимальные конструктивные, кинематические и технологические параметры, обеспечивающие получение качества смеси, соответствующего зоотехническим требованиям. Результаты исследования могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями при разработке оборудования комбикормовой промышленности.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований были доложены: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Тарского филиала ФГОУ ВПО ОмГАУ в период с 2002 по 2008 годы; на восьмой, девятой, одиннадцатой, двенадцатой и тринадцатой научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО ОмГАУ в период с 2002 по 2008 годы; на научно-технической конференции, посвященной 55-летию факультета механизации сельского хозяйства ФГОУ ВПО ОмГАУ в 2005 году; на расширенных заседаниях лаборатории механизации животноводства ГНУ СибИМЭ СО РАСХН в 2007 и 2008 г.г.

Внедрения. Вибрационный смеситель сыпучих кормов внедрен в ОПХ им. Фрунзе Тарского района Омской области и в учебный процесс ФГОУ ВПО ОмГАУ по дисциплине «Механизация и технология животноводства». Научно-технические материалы переданы в Омский ЦНТИ для рассылки по запросам.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 научных статей, получено три патента на полезную модель, оформлено три информационных листка.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа содержит 158 страниц машинописного текста, 13 таблиц, 40 рисунков и 13 приложений на 19 страницах. Библиографический список включает 162 наименования, в том числе 5 иностранных источников.

Содержание работы

Во введении раскрыта актуальность темы исследования, сформулирована цель работы и кратко изложены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» даны общие понятия сыпучей кормовой смеси, рассмотрены предъявляемые к ней требования. Охарактеризованы основные физико-механические свойства сыпучих компонентов и их влияние на качество получаемой смеси. Приведены основные требования к смесителям кормов, дана их классификация.

Доказана целесообразность применения вибрации при смешивании сыпучих кормов и рассмотрено вибрационное воздействие на смешиваемые материалы.

Выполнен анализ принципиальных конструкций вибрационных смесителей. Произведен обзор исследований, рекомендаций и выводов по теории и организации процесса смешивания сыпучих материалов.

Проблеме повышения эффективности процессов приготовления кормовых смесей посвящены работы В.В. Кафарова, Н.Б. Урьева, М.А. Талейсника, В.И. Сыроватки, Е.А. Раскатовой, Е.В. Алябьева, А.М. Ластовцева, Ю.И. Макарова, А.К. Мальцева, Б.А. Комарова, А.М. Хвальнова, П.И. Леонтьева, И.Я. Федоренко, В.А. Стремнина, В.П. Ожигова, И.К. Хлебникова, Г.Ф. Бахарева и др. Кроме того, процесс смешивания сыпучих материалов с использованием вибрации исследовали И.Я. Федоренко, Н.Ф. Гончаревич, М.Л. Моргулис, К.В. Фролов, К.Г. Петров, С.В. Евсеенков, А. Сражиддинов, А.Д. Припадчев, Л.В. Межуева, В.Н. Николаев и другие. Некоторые из работ посвящены исследованиям процесса смешивания определенных видов кормов или определенными видами смесителей. К наиболее состоявшимся и перспективным из выдвинутых многими авторами рекомендаций по организации процесса смешивания сыпучих кормов можно отнести следующие:

1) Компоненты необходимо подавать в зону смешивания в виде тонких слоев.

2) Для улучшения качественных составляющих процесса смешивания необходимо использовать наложение на массу вибрационного поля.

3) Наиболее рациональными из вибросмесителей являются те, которые имеют внутри корпуса дополнительные рабочие поверхности.

4) Площадь виброконтакта массы и перемешивающих элементов должна быть максимальной и иметь плавные переходы в конструкции контактных поверхностей.

5) Вибровоздействие должно равномерно распределяться по всему объему перемешиваемой массы.

6) Процесс перемешивания необходимо вести быстро и непрерывно, при этом степень заполнения смесительного органа должна быть минимальной, а скорость движения массы наибольшей.

На основании литературного обзора возникла необходимость более глубокого изучения закономерностей взаимодействия сыпучей среды с рабочими органами смесителя и изменения качества смеси в зависимости от его основных параметров. В связи с этим сформулирована рабочая гипотеза, заключающаяся в том, что повышение однородности смеси может быть достигнуто за счет размещения внутри вибрационного смесителя сыпучих кормов рабочих поверхностей конической формы. Для реализации выдвинутой гипотезы определены задачи исследований:

1) Обосновать конструктивно-технологическую схему вибрационного смесителя сыпучих кормов.

2) Теоретически выявить закономерности процесса взаимодействия сыпучих кормов с перемешивающими элементами, имеющими конические поверхности виброконтакта.

3) Обосновать оптимальные конструктивно-режимные параметры вибрационного смесителя, обеспечивающие получение стабильно высокого качества смеси.

4) Провести производственную проверку и оценить экономическую эффективность результатов исследований.

Во второй главе «Теоретическое обоснование основных параметров вибрационного смесителя» произведен выбор математической модели свободного слоя сыпучего материала при вибрациях, выполнено теоретическое описание процесса смешивания сыпучих кормов перемешивающими элементами конической формы. Теоретически обоснованы основные параметры вибрационного смесителя.

Так как движение массы в смесительном органе происходит тонким слоем и при не слишком интенсивной вибрации, то допустимо считать, что слой колеблется как единое целое, и его движение можно рассматривать как движение материальной точки. Поэтому для описания характера взаимодействия массы с рабочими поверхностями выбрана модель движения материальной точки. Такое допущение оправдывает себя тем, что позволяет описать процесс движения частицы поэтапно, а значит более точно. Хотя, следует признать, что такая модель не в полной мере дает представление о характере взаимодействия частиц между собой, но при этом характеризует движение всего слоя материала.

Движение частицы условно можно разделить на четыре этапа: движение по наклонной плоскости, переход с плоской поверхности на коническую, движение по конической поверхности перемешивающих элементов и свободное падение.

Во время работы желоб смесителя совершает прямолинейное колебательное движение вдоль оси шатуна АВ (рис. 1) с амплитудой колебаний А и круговой частотой щ. Частицы, находящиеся на плоскости перемешивающих элементов, совершают относительное движение. Для составления дифференциальных уравнений движения частицы построена расчетная схема вибрационного смесителя (рис. 1), на которой изображены векторы действующих на частицу сил:

1) N - сила нормальной реакции, Н;

2) F_тр - сила трения (Н), которая может быть направлена по ходу движения потока частиц или в противоположную сторону, в зависимости от направления движения частицы в относительном движении. На рисунке 1 направление F_тр соответствует скольжению частицы вниз.

3) P - сила тяжести, Н;

4) F_ин - переносная сила инерции (Н), величина которой определяется из выражения:

(1)

где m - масса частицы.

В данном случае дифференциальные уравнения скользящего (без отрыва) движения частицы относительно плоскости перемешивающего элемента примут вид:

(2)

где б - угол наклона желоба к горизонту, град.;

в - угол направленности колебаний, град.

Рис. 1 - Расчетная схема сил, действующих на частицу при ее движении по плоскости перемешивающего элемента.

При переходе материальной частицы с плоской поверхности на коническую, ввиду излома траектории движения возможно возникновение удара. Момент перехода может быть описан разными моделями:

1) Если полагать движение материальной частицы по поверхности (рис. 2), исключая возможность отрыва (модуль переносного ускорения мал в сравнении с модулем ускорения свободного падения ), то приближение частицы к конусу обернется ударом по закону:

, (3)

где - внезапное изменение силы, действующей на точку, то есть ударная сила, Н;

- нормальная реакция конической поверхности, Н;

- нормальная реакция плоской поверхности, Н;

г - угол наклона образующей конуса к его основанию, град.

(4)

где к - коэффициент, представляющий собой отношение радиуса R основания конуса к его высоте Н.

Рис. 2 - Схема сил, действующих на частицу при приближении ее к конусу без отрыва от поверхности.

2) Если считать, что точка не касалась плоскости в момент удара о конус (рис. 3 а), то ударная сила , тогда вектор будет симметричен относительно плоскости, касательной к конусу в точке соударения. Причем, лежит в касательной плоскости, а значит, зеркально отразится лишь , которая затем складывается с вектором . Отсюда можно сделать вывод, что после удара вектор скорости повернется на угол 2г вокруг касательной к параллели конуса (рис. 3 б).



а) б)

Рис. 3 - Скорости, действующие на частицу при приближении ее к конусу без касания плоскости: а) главный вид; б) вид сверху.

3) Более точной моделью будет модель движения с неудерживающей связью (с отрывом), в том случае, если переносное ускорение сравнительно велико:

(5)

где

В момент удара скорость меняется скачкообразно. При абсолютно упругом ударе угол падения будет равен углу отражения.

(6)

Режим работы смесителя, при котором реализуется третий вариант приближения материальной частицы к конической поверхности, является наиболее оптимальным. Можно предположить, что в этом случае будут созданы лучшие условия для подъема частицы на коническую поверхность.

Для описания процесса движения частицы по конической поверхности используются обобщенные криволинейные Гауссовы координаты - долгота u (угол вдоль параллели) и широта v (расстояние вдоль меридианы) (рис. 4).

вибрационный смеситель корм конический

Рис. 4 - Расчетная схема сил, действующих на частицу при ее движении по конической поверхности

Для составления уравнения движения частицы по конической поверхности использована система уравнений Лагранжа. Число уравнений равно числу степеней свободы:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

(7)

где Т = Т(v, u, ) - кинетическая энергия механической системы, выраженная через обобщенные координаты v, u и их производные .

Q_u и Q_v - обобщенные силы, соответствующие обобщенным координатам.

Обобщенные силы вычисляются как коэффициенты в выражениях для элементарных работ всех сил на возможных перемещениях дu и дv. Для определения обобщенной силы механической системе дается такое возможное перемещение, при котором одна координата получает положительное приращение, а остальные координаты остаются без изменения. Вычисляя обобщенную силу Q_u, дается приращение дu координате u при условии, что v=const (приращение дv=0) и наоборот. Используя данный принцип, получены дифференциальные уравнения движения материальной точки по конической поверхности:

(8)

В соответствии с принципами эффективной организации процесса смешивания, толщины слоя сыпучего материала h= 28…30 мм и конструктивной ширины виброжелоба В=200 мм, теоретически обоснованы: высота конусов Н=30 мм, диаметр основания конусов D= 48 мм и количество конусов в одном ряду, равное четырем.

На основе приведенной расчетной схемы движения частиц по перемешивающему элементу составлена программа для ЭВМ, которая использована при обосновании кинематических параметров вибрационного смесителя с целью обеспечения необходимого качества смешивания. Расчет производился для определения теоретических траекторий движения частиц по конической поверхности по дифференциальным уравнениям (8).

Задачей теоретического исследования движения частиц по конической поверхности виброконтакта является определение влияния амплитуды и частоты колебаний желоба на качество смешивания посредством анализа расчетных траекторий движения частиц.

Влияние амплитуды колебаний на качество процесса смешивания определялось графически при следующих условиях: в =22⁰; б = 10⁰; щ = 3 Гц; f = 0,35; R = 24 мм; Н = 30 мм. Амплитуда колебаний менялась от 8 до 14 мм с интервалом 2 мм.

При А = 12 мм (рис. 5) траектории движения частиц пересекаются между собой не менее трех раз, что способствует интенсификации процесса смешивания. Продвижение каждой частицы вдоль оси u значительное. Это предполагает повышение производительности вибрационного смесителя.

Рис. 5 - Расчетные траектории движения частиц при А = 12 мм

Анализируя выполненные теоретические исследования, можно сделать вывод, что наиболее эффективно процесс смешивания протекает при А = 12 мм, так как с увеличением амплитуды происходит следующее:

1) увеличивается продвижение частиц по оси u, что способствует повышению производительности смесителя;

2) улучшается качество смеси благодаря интенсификации движения частиц по коническим поверхностям виброконтакта за счет увеличения количества частиц, траектории движения которых пересекаются между собой, и увеличения высоты подъема частиц по поверхностям конусов;

Влияние частоты колебаний на качество смешивания определялось графически при следующих условиях: в =22⁰; б = 10⁰; А = 12 мм; f = 0,35; R = 24 мм; Н = 30 мм. Частота колебаний изменялась в пределах от 4 до 8 Гц с интервалом 2 Гц.

На рис. 6 изображена зависимость v=f (u) при щ = 6 Гц. Высота подъема пяти частиц практически одинакова (13,5… 15,5 мм), что свидетельствует об относительно равномерном перемещении частиц. Боковое смещение этих частиц превышает 40 ⁰, то есть можно говорить о существенном увеличении скорости частиц, а значит и о росте производительности вибрационного смесителя сыпучих кормов.

Рис. 6 - Расчетные траектории движения частиц при щ = 6 Гц.

Анализируя полученные результаты, можно предположить, что наиболее эффективно процесс смешивания будет протекать при щ = 6 Гц, так как имеются предпосылки к повышению качества смешивания и увеличению производительности установки за счет значительной интенсификации движения частиц.

Подводя итоги теоретических исследований движения частиц по коническим поверхностям можно сделать следующие выводы. Прослеживается, что частицы, имеющие начальные координаты по оси u 30…40⁰ имеют максимальную высоту подъема по конической поверхности. Кроме этого, они имеют самую длинную траекторию движения по конусу. Это говорит о том, что эта область создает оптимальную линию подъема частицы на конус на всех режимах работы смесителя. Можно предположить, что частицы с начальной координатой 0…30⁰ при подъеме на коническую поверхность имеют более крутую траекторию, поэтому высота их подъема становится меньше. Частицы с начальной координатой 40…50⁰ поднимаются на конус на небольшую высоту и сразу скатываются с него независимо от режима работы смесителя. Если начальная координата частицы более 50⁰, то она движется по плоской поверхности, огибая конус у основания без подъема на него.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» произведен выбор сыпучей кормовой смеси, рассмотрены методики оценки качества процесса смешивания и определения производительности вибрационного смесителя. Выбрана методика экспериментальных исследований, включающая в себя отсеивающий эксперимент, метод крутого восхождения и многофакторный эксперимент. Предложена и рассмотрена конструкция экспериментальной установки, схема которой представлена на рисунке 7.



Рис.7- Схема лабораторно-экспериментальной установки: 1 - задние стойки; 2 - клиноременная передача; 3 - продольные уголки; 4 - поворотная ось; 5 - передние стойки; 6 - рама бункерных дозаторов; 7 - нижние продольные балки; 8 - перемычки; 9 - косынки; 10 - рессоры; 11 - виброжелоб; 12 - перемешивающие элементы (гребенки); 13 - стержни; 14 - регулировочная пластина; 15 - электрическая машина постоянного тока; 16 - ведущий шкив; 17 - бункеры-дозаторы; 18 - регулировочные механизмы; 19 - кронштейны; 20 - шатун; 21 - ведомый шкив; 22 - вал; 23 - корпусы подшипников; 24 - опорная плита

Работает установка следующим образом. Виброжелоб 11, с расположенными внутри него перемешивающими элементами 12, получает прямолинейные колебания от эксцентрикового привода через шатун 20. Смешиваемые компоненты подаются в заданном соотношении из бункерных дозаторов 17 в приемную часть желоба. Под действием вибрации компоненты начинают перемещаться к первому перемешивающему элементу, на котором, благодаря коническим поверхностям виброконтакта, происходит разрыхление и первичное смешивание. Частицы сыпучей массы, поступающие на конические поверхности на разных расстояниях от осей их оснований, параллельных продольной оси желоба, получают в результате соприкосновения с конусами различные углы отражения, различные скорости и направления движения, что способствует интенсификации процесса смешивания. Далее происходит свободное падение материала с зубчатой составляющей перемешивающего элемента на днище виброжелоба с дальнейшим перемещением по коническим поверхностям, но уже второго и последующего перемешивающих элементов и т.д. Перемешанная масса сходит с разгрузочного конца желоба.

Для изменения амплитуды колебаний желоба необходимо повернуть полумуфту эксцентрикового механизма на определенный угол относительно эксцентрика вала 22 и соединить ее с регулировочной шайбой, которая имеет пронумерованные отверстия. Частоту колебаний желоба можно изменять при помощи реостата. Угол наклона желоба к горизонту можно изменять за счет поворота вокруг оси 4.Для натяжения приводного ремня 2 электродвигатель 15 можно перемещать по направляющим скользящим отверстиям и (или) отклонять в противоположную от эксцентрикового механизма сторону.

Для реализации отсеивающего эксперимента выбран ортогональный насыщенный план Плакетта-Бермана с пятью факторами. Для получения уравнения регрессии выбран ортогональный план второго порядка. В качестве критерия оптимизации работы вибрационного смесителя принята однородность и сыпучей смеси.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены результаты экспериментов, выполненных в соответствии с описанными в третьей главе методиками.

По результатам отсеивающего эксперимента выявлены факторы, влияющие на однородность получаемой смеси: количество n перемешивающих элементов, амплитуда А и частота щ колебаний желоба, угол б наклона желоба к горизонту. Путем литературного обзора установлено, что оптимальное значение угла в вибрации составляет 22⁰. Это было предусмотрено и принято при конструировании лабораторно-экспериментальной установки, поэтому при отсеивающем эксперименте не рассматривается влияние угла вибрации на критерий оптимизации.

В результате применения метода крутого восхождения получена почти стационарная область для критерия оптимизации с независимыми переменными А = 11 мм, щ = 6 Гц, n = 6 шт, б =10⁰, которая является основой для последующего проведения планируемого многофакторного эксперимента.

На основании результатов планируемого многофакторного эксперимента получена математическая модель процесса смешивания сыпучих кормов. После перевода коэффициентов из кодированных значений в натуральные, уравнение регрессии примет вид:

(9)

Расчетным путем получены поверхности отклика, характеризующие зависимость однородности смеси от основных параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов. Рассматривая совокупность статистически значимых факторов, их можно разделить на две группы - кинематические и технологические. При оценке их влияния на величину отклика целесообразно вести анализ по выделенным группам, поочередно фиксируя на определенных уровнях параметры другой группы.

На рисунке 8 представлена поверхность отклика, отражающая изменение однородности смеси в зависимости от амплитуды А и частоты щ колебаний желоба.



Рис. 8 - Зависимость однородности смеси и от амплитуды и частоты колебаний желоба при n = 6 шт., б = 7⁰.

На рисунке 8 видно, что максимальная однородность смеси и = 96,64 % достигается при амплитуде колебаний равной 12 мм и частоте колебаний 5,5 Гц. Анализируя поверхность отклика можно сделать следующие выводы:

1. Амплитуда и частота колебаний желоба в равной степени существенно влияют на однородность получаемой смеси. В установленном планом эксперимента диапазоне изменения этих параметров (А = 9,6 … 12,4 мм; щ = 4,6 … 7,4 Гц) однородность смеси меняется в значительных пределах. Наибольшая однородность смеси обеспечивается значениями А и щ, находящимися в области варьирования факторов.

2. При установке обоих кинематических параметров на минимальные уровни качество смеси остается низким и изменяется незначительно, так как такой режим работы не позволяет создать интенсивную циркуляцию частиц.

3. Совместное увеличение факторов до максимальных значений также приводит к некоторому снижению величины отклика, так как это способствует началу процесса сегрегации частиц по плотности и размерам. Кроме того, при таком режиме работы на конструкцию лабораторно-экспериментальной установки действуют значительные динамические нагрузки, что отрицательно сказывается на ее работоспособности.

На рисунке 9 представлена поверхность отклика, отражающая изменение однородности смеси в зависимости от количества n перемешивающих элементов, и угла б наклона желоба к горизонту.

Рис. 9 - Зависимость однородности смеси и от количества перемешивающих элементов и угла наклона желоба к горизонту при А = 11 мм, щ = 6 Гц.

При анализе рисунка 9 следует отметить, что максимальная однородность смеси и = 97,05 % достигается при 6 - 7 перемешивающих элементах и угле наклона желоба к горизонту 9 - 10⁰. При этом амплитуда колебаний составляет 11 мм, частота колебаний 6 Гц. Кроме этого, можно сделать следующие выводы:

1. Угол наклона желоба и количество установленных в нем перемешивающих элементов существенно влияют на однородность получаемой смеси. В установленном планом эксперимента диапазоне изменения этих параметров (n = 4…8 шт; б = 7…13⁰) однородность смеси меняется в широких пределах. Наибольшее значение однородности смеси обеспечивается значениями параметров, находящимися в области варьирования факторов.

2. Увеличение угла наклона желоба к горизонту отрицательно сказывается на качестве смеси, причем наибольший спад однородности и наблюдается при минимальном количестве перемешивающих элементов. Это объясняется повышением скорости прохождения массы по желобу и нехваткой времени на интенсивное перемешивание. При увеличении количества перемешивающих элементов конической формы кривая и=f(б) становится более пологой, так как смесь успевает перемешиваться.

3. Степень влияния количества перемешивающих элементов на однородность смеси наиболее четко прослеживается при максимальных значениях угла наклона желоба к горизонту. Причем, после прохождения массы 6 - 7 -го элемента качество смеси начинает ухудшаться, что объясняется сегрегацией частиц. Кроме того, чрезмерное количество гребенок ведет к увеличению подвижной массы смесительного органа и, как следствие, к росту динамических нагрузок на механизм привода.

Анализируя зависимость однородности смеси от кинематических параметров смесителя, было установлено, что максимального качества смеси (и=96,64%) можно достичь при А = 12 мм, щ = 5,5 Гц, n = 6 шт, б = 7⁰. При анализе и=f(n,б) максимальное качество смеси составило 97,05% на режиме А = 11 мм, щ = 6 Гц, n = 6 шт, б = 9⁰. Таким образом, в качестве рационального режима работы вибрационного смесителя сыпучих кормов с коническими поверхностями виброконтакта, можно рекомендовать А = 11…12 мм, щ = 5,5…6 Гц, n = 6 шт, б = 7…9⁰, при этом однородность смеси будет равна 96,8%.

Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований показало, что расхождения между соответствующими рациональными параметрами, полученными теоретическим и экспериментальным путем, находятся в пределах 5 %. Это подтверждает достоверность теоретического исследования.

В пятой главе «Производственная проверка и расчет экономической эффективности внедрения вибрационного смесителя в производство» представлены результаты производственной проверки опытного образца смесителя и выполнены расчеты экономической эффективности от его внедрения в производство при приготовлении комбикормов из сырья местного производства.

Расчеты выполнены в сравнении с базовой моделью, за которую принят вибрационный смеситель непрерывного действия конструкции АГАУ, как наиболее близкий по назначению и технической характеристике.

Технико-экономические расчеты показали, что по сравнению с базовой моделью, экономия прямых энергозатрат составляет 2,76 МДж/т, коэффициент эффективности по энергетическому критерию - 1,69, себестоимость единицы готовой продукции снижается на 22 %, удельное потребление электроэнергии - на 46 %, материалоемкость - на 7 %.

Годовой экономический эффект составил 35491 руб., срок окупаемости затрат - 0,64 года.

Общие выводы

1. На основании анализа состояния вопроса установлено, что наиболее эффективно процесс смешивания сыпучих кормов протекает в состоянии «псевдоожижения» при наложении на сыпучую среду вибрации. Обоснована схема усовершенствованного вибрационного смесителя, на которую получен патент на полезную модель.

2. Разработанная математическая модель (8) движения материальной частицы по конической поверхности виброконтакта устанавливает закономерности процесса их взаимодействия.

3. Теоретически обоснованы оптимальные размеры и количество конических поверхностей виброконтакта: высота конусов Н = 30 мм; диаметр основания конусов D = 48 мм; количество конусов в одном ряду - 4 шт.

4. Полученное по результатам экспериментальных исследований уравнение регрессии (9), на 5 %-ном уровне адекватно описывает процесс смешивания сыпучих кормов.

5. Экспериментально получены оптимальные значения параметров вибрационного смесителя: амплитуда колебаний желоба А = 11…12 мм, частота колебаний желоба щ = 5,5…6 Гц, количество перемешивающих элементов n = 6 шт, угол наклона желоба к горизонту б = 7…9⁰, угол направленности вибрации желоба в = 22⁰. На этом режиме работы однородность смеси составляет 95…96 % при производительности 1,3 т/ч.

6. Выполненные технико-экономические расчеты показали, что экспериментальный вибрационный смеситель позволяет получить: удельную энергоемкость процесса 0,2…0,3 кВт·ч/т; экономию прямых энергозатрат - 2,76 МДж/т; коэффициент эффективности по энергетическому критерию - 1,69. При использовании вибросмесителя, по сравнению с базовой моделью, снижаются следующие показатели: себестоимость единицы готовой продукции - на 22 %, удельное потребление электроэнергии - на 46 %. Годовой экономический эффект составил 35491 руб., срок окупаемости затрат - 0,64 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Сабиев, У.К. Вибрационный смеситель сыпучих кормов / У.К. Сабиев, А.Н. Яцунов // Сельский механизатор. - 2007. - № 1. - С. 21.

2. Сабиев, У.К. Обоснование основных параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов / У.К. Сабиев, Л.С. Керученко, А.В. Черняков, А.Н. Яцунов // Техника в сельском хозяйстве. - 2008. - № 1. - С. 47.

3. Яцунов, А.Н. Качество кормосмеси обеспечивается вибрацией / А.Н. Яцунов // Сельский механизатор. - 2008. - № 7. - С. 34.

Публикации в описаниях на изобретения, сборниках научных трудов, информационных листках

1. Вибрационный смеситель: информ. листок № 55 -017-08 / ОмЦНТИ; сост.: У.К. Сабиев, А.Н. Яцунов, А.Д. Синцов. - Омск, 2008. - 2 с.

2. Вибрационный смеситель: информ. листок № 01 -07 / ОмЦНТИ; сост.: А.Н. Яцунов. - Омск, 2007. - 4 с.

3. Вибрация на службе кормоприготовления / А.Н. Яцунов // Совершенствование технологий, машин и оборудования в АПК: сб. науч. тр. / ОмГАУ. - Омск, 2006. - С. 300 - 304.

4. Пат. 41644 Российская Федерация, МКИ⁷ В 01 F 11/00. Вибрационный смеситель / У.К. Сабиев, А.Н. Яцунов (РФ); заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Ом. гос. аграр. ун-т. - № 2004118917/22; заявлено 22.06.2004; опубл. 10.11.2004, Бюл. № 31. - 2 с.

5. Пат. 44947 Российская Федерация, МКИ⁷ В 01 F 11/00. Устройство для смешивания сыпучих материалов / У.К. Сабиев, А.Н. Яцунов (РФ); заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Ом. гос. аграр. ун-т. - № 2004132915/22; заявлено 12.11.2004; опубл. 10.04.2005, Бюл. № 10. - 2 с.

6. Пат. 74310 Российская Федерация, МКИ⁷ В 01 F 11/00. Вибрационный смеситель / У.К. Сабиев, А.Н. Яцунов, А.Д. Синцов (РФ); заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Ом. гос. аграр. ун-т. - № 2008101707/22; заявлено 16.01.2008; опубл. 27.06.2008, Бюл. № 18. - 2 с.

7. Устройство для смешивания сыпучих материалов: информ. листок № 02 -07 / ОмЦНТИ; сост.: У.К. Сабиев, А.Н. Яцунов. - Омск, 2007. - 4 с.

8. Яцунов, А.Н. Анализ конструкций и работы смесителей сыпучих кормов / А.Н. Яцунов // Сб. науч. тр.: вып. 2. / Филиал ОмГАУ. - Тара, 2004. - С.130 - 133.

9. Яцунов, А.Н. Использование вибрации при смешивании сыпучих кормов / А.Н. Яцунов // Ретроспектива и современное состояние аграрной науки в северном регионе Омской области: сб. науч. ст.: вып. 1. / Изд-во ОмГАУ. - Омск, 2002. - С. 127 - 129.

10. Яцунов, А.Н. Результаты экспериментальных исследований работы вибрационного смесителя сыпучих кормов / А.Н. Яцунов // Достижения науки - агропромышленному комплексу Омской области: сб. науч. ст.: вып. 1. / ОмГАУ. - Тара, 2008. - С. 60 - 63.

Размещено на Allbest.ru

...