 |
Повышение качества смешивания комбикормов оптимизацией конструктивно-технологических
|
|
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР СЕВЕРО-ВОСТОКА ИМЕНИ Н. В. РУДНИЦКОГО»
На правах рукописи
Зырянов Дмитрий Алексеевич
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СМЕШИВАНИЯ КОМБИКОРМОВ ОПТИМИЗАЦИЕЙ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ
C ЛЕНТОЧНЫМ ШНЕКОМ
Специальность 05. 20. 01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель – доктор технических наук, профессор П. А. Савиных
Киров - 2021
ОГЛАВЛЕНИЕ
| ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………… | |
| 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ………… | |
| 1. 1 Требования к процессу смешивания... ……………………………. …….. | |
| 1. 1. 1 Характеристика кормовых смесей………………………………………… | |
| 1. 1. 2 Критерии оценки качества смешивания………………………………... | |
| 1. 1. 3 Методики оценки качества смешивания………………………………….. | |
| 1. 2 Анализ конструкций смесителей комбикормов……….. ………………… | |
| 1. 2. 1 Классификация смесителей………………………………………………... | |
| 1. 2. 2 Обзор основных конструктивно-технологических схем смесителей… | |
| 1. 3 Обзор научных работ по исследованию процесса смешивания………. | |
| 1. 4 Цель и задачи исследований………………………………………………. | |
| 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ С ЛЕНТОЧНЫМ ШНЕКОМ………… | |
| 2. 1 Обоснование конструктивно-технологических параметров смесителя с ленточным шнеком……………………………………………………………… | |
| 2. 2 Обоснование изменения конструктивных параметров комбинированного ленточного шнека…………………………………………. | |
| 2. 3 Теоретические исследования взаимодействия винтовой поверхности шнека смесителя с материалом………………………………….. | |
| 2. 4 Результаты теоретических исследований влияния конструктивно- технологических параметров на величину потребляемой мощности двигате- лем смесителя…………………………………………………………………… | |
| 3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ……………………………………………………………… | |
| 3. 1 Программа экспериментальных исследований………………………… | |
| 3. 2 Методика проведения экспериментальных исследований…………….. | |
| 3. 2. 1 Приборы, устройства и оборудование для исследования процесса сме- шивания…………………………………………………………………………... | |
| 3. 2. 2 Определение основных технологических показателей процесса смеши- вания ……………………………………………………………….. …………….. | |
| 3. 2. 3 Определение качественных показателей процессов смешивания в горизонтальном смесителе с ленточным шнеком………………………. …… | |
| 3. 2. 4 Описание лабораторной линии для исследования смесителя. ………… | |
| 3. 2. 5 Методика отбора проб смеси……………………………………………… |
| 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ С ЛЕНТОЧНЫМ ШНЕКОМ………… | |
| 4. 1 Исследование зависимости однородности смеси от времени смешива- ния………………………………………………………………………………….. | |
| 4. 2 Исследование зависимости технологических показателей рабочего процесса смешивания от массы загружаемого материала, времени смешива- ния и состава смеси ……………………………………………………………… | |
| 4. 3 Модернизация смесителя по результатам проведенных исследований... | |
| 4. 4 Зависимость коэффициента однородности готового продукта от вре- мени смешивания и направления вращения шнека…………………………….. | |
| 4. 5 Зависимость величины коэффициента однородности готового продук- та от количества материала в камере смешивания…………………………….. | |
| 4. 6 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований……………………………………………………………………. … | |
| 4. 7 Определение оптимальных показателей работы смесителя в зависимости от конструктивно-технологических параметров ………………... | |
| 5 ТЕХНИКО – ЭКОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ С ЛЕНТОЧНЫМ ШНЕКОМ…………. | |
| 5. 1 Расчет технико-экономических показателей……………………………... | |
| 5. 2 Расчёт энергетической эффективности смесителя………….. …………… | |
| ВЫВОДЫ………………………………………………………………………….. | |
| СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………….. | |
| ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………… | |
| Приложение А – Патент………………………………………………………….. | |
| Приложение Б – Матрица плана эксперимента при исследовании влияния факторов на показатели работы смесителя……………………………………… | |
| Приложение В – Матрица плана эксперимента при определении оптималь- ных значений показателей смесителя…………………………………………… | |
| Приложение Г – Справка о передаче результатов исследований……………… |
ВВЕДЕНИЕ
|
|
|
|
|
|
Главной задачей агропромышленного комплекса является обеспечение на- селения продукцией животноводства и, в основном, зависит от эффективности работы животноводческих ферм [79].
Корма составляют наибольшую часть в структуре себестоимости производ- ства мяса, молока и других продуктов животноводства [85]. Показатели работы животноводческих ферм и комплексов во многом зависят от качества подготовки кормов к скармливанию. Использование в рационах комбикормов, сбалансиро- ванных по питательным веществам, позволяет получить повышение продуктив- ности животных на 10…12%, а при обогащении рационов биологически актив- ными веществами (аминокислоты, микроэлементы, антибиотики и т. д. ) продук- тивность возрастает на 25…30 % и более [ 72, 88].
В настоящее время приготовление комбикормов непосредственно в хозяйствах экономически целесообразно: существенно снижаются транспортные перевозки как внутрихозяйственные, так и внешние; максимально используется собственная кормовая база, как зерновых, так и продуктов мельниц, пекарен; появляется возможность опера- тивного изменения рецептуры комбикорма и его суточной потребности.
|
|
|
В настоящее время комбикормовая промышленность развивается по двум направлениям. Первое – наращивание мощностей крупных комбикормовых пред- приятий. Второе – разработка малогабаритных установок и цехов для приготов- ления комбикормов в условиях хозяйства из местного сырья с использованием покупных ингредиентов (БВД, премиксов). Данное направление на сегодняшний день является наиболее перспективным [ 72, 74, 88].
Для приготовления комбикормов в сельском хозяйстве используются мало- габаритные блочно-модульные комбикормовые установки. Однако, на сегодняш- ний день, такие установки недостаточно широко распространены в силу своей громоздкости и высокой стоимости. В то же время их рабочий процесс требует
совершенствования, направленного на снижение энергоемкости и повышение ка- чества готового продукта [78].
Цель работы. Целью исследований является повышение качества приго- товления концентрированных кормов оптимизацией конструктивно- технологических параметров горизонтального смесителя с ленточным шнеком.
Научную новизну работы составляют:
- горизонтальный ленточный смеситель (патент РФ № 2638978);
- результаты теоретических исследований взаимодействия винтовой по- верхности шнека смесителя с компонентами комбикормов, служащие для обосно- вания его конструктивно-технологических параметров;
- математические модели рабочего процесса смесителя, позволяющие опре- делить его оптимальные конструктивно-технологические параметры.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в воз- можности использования результатов экспериментально-теоретических исследова- ний на этапе проектирования смесителей для определения величины потребляемой мощности на привод рабочих органов с учетом конструкционных и технологиче- ских факторов. Использование разработанных математических моделей позволяет снизить расходы при проектировании, изготовлении и оптимизации смешивающих машин с ленточными рабочими органами.
|
|
|
Разработанная конструкция смесителя позволяет повысить качество кормо- вых смесей и снизить энергоёмкость их приготовления.
Результаты исследований переданы и используются предприятием ООО «Ремонтный завод» (г. Нолинск, Кировская область) при изготовлении и мо- дернизации существующих ленточных смесителей.
Методология и методы исследований. Методика исследований преду- сматривала разработку математических моделей, позволяющих при определении необходимой на привод комбинированного шнека мощности, учитывать в теоре- тических исследованиях конструктивные и технологические параметры, влияю- щие на процесс смешивания компонентов в горизонтальном ленточном смесите- ле. По результатам теоретических исследований определили рекомендуемые ве-
личины конструктивно-технологических параметров с учетом наименьшего энер- гопотребления.
Экспериментальные исследования проводили по стандартным и разрабо- танным частным методикам. При реализации, подготовке и обработке результатов экспериментов применялись методы математической статистики и теории плани- рования многофакторного эксперимента.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- конструктивно-технологическая схема горизонтального смесителя с ленточным шнеком;
- математические модели взаимодействия винтовой поверхности шнека смесите- ля с материалом для обоснования конструктивно-технологических параметров смеси- теля;
- математические модели рабочего процесса смесителя и его оптимальные кон- структивно-технологические параметры;
- технико-экономическая и энергетическая эффективность работы смесителя.
Степень достоверности и апробация результатов. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конфе- ренциях в Вятской ГСХА (2015 и 2019 г. г. ) и Марийском государственном уни- верситете (Йошкар-Ола, 2016 г. ).
Работа выполнена в соответствии с планом научно - исследовательских ра- бот ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока по теме 0528-2019-0094 " Создание инноваци- онных технологий и технических средств нового поколения для механизации рас- тениеводства и животноводства, адаптированных к особенностям климатических условий Северо-Востока Европейской части России" по разделу 10. 9, подразделу 162 Программы ФНИ государственных академий наук на 2013-2020 гг., номер го- сударственной регистрации - АААА-А19-119042290137-1.
|
|
|
Основное содержание диссертации изложено в 14 научных статьях, в том числе две в базе данных SCOPUS, три в рецензируемых научных журналах, реко- мендованных ВАК РФ, патенте РФ на изобретение.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литера-
туры из 128 наименования и 4 приложений. Работа содержит 139 страницы, 30 ри-
сунков, 16 таблиц.
Совместно с автором при выполнении отдельных разделов работы участ- вовал кандидат технических наук, старший научный сотрудник Н. В. Турубанов.
Особую благодарность выражаю доктору технических наук, профессору А. В. Алешкину и всему коллективу лаборатории механизации животноводства ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока.
Автор выражает большую благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору П. А. Савиных.
|
|
|
