• Выпуски
  • Основные выпуски
  • Приложения
• Авторам
  • Правила публикации статей
  • Технические требования
  • Оплата
  • Лицензионный договор
  • График публикаций
• Редакционный совет
• Публикационная этика
• О журнале
  • Общая информация
  • Список авторов
  • Контакты
• Издательство МЦИТО

Редакционно-издательские услуги Международные публикации Бесплатные вебинары

• Обоснование параметров винтового смесителя-конвейера

Коновалов Владимир Викторовичдоктор технических наук профессорФГБОУ ВПО ©Пензенская государственная технологическая академияª г.Пензател. +79272868593, email: konovalovpenza@rambler.ruФомин Артем СергеевичаспирантФГБОУ ВПО ©Пензенская государственная сельскохозяйственная академияª г.Пенза

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДАЧИВИНТОВОГО СМЕСИТЕЛЯКОНВЕЙЕРА

Приведены результаты исследований рабочего процесса винтового смесителяконвейера непрерывного действия. Получены выражения позволяющие определить подачу винтового смесителяконвейера с учетомчастоты вращения винтадиаметра прутка и шагаегоспирали.Определена функциональная зависимость величины поправочного коэффициента.

Ключевые слова:смесительконвейер спираль, винт шнек, рабочий орган смесь подача производительность комбикорм.

В перспективе около 54% производимого в стране фуражного зерна будет перерабатываться комбикормовой промышленностью а оставшаяся часть –использоваться для производства комбикормов непосредственно в хозяйствах или на межхозяйственных предприятиях [Q…S]. В связи с этим потребность в смесителях кормов способных приготавливать качественные смеси неизбежно растет [S 4].

В существующих кормоприготовительных установках и агрегатах смесители являются отдельными устройствами осуществляющих смешивание компонентов а расположенные после них конвейеры перемещают приготовленную смесь к последующей машине. Использование смесителейконвейеров позволит совместить операции по смешиванию и транспортировке компонентов и смеси что позволит уменьшитьстоимость агрегата за счет устранения освободившегося привода и снизить энергоемкость выполнения указанных операций.Увеличение сферы животноводства требует повышенного внимания к полноценному сбалансированному кормлению животных. Корм должен готовиться строго по рецепту и быть питательным полезным вкусным хорошо усваиваться и не содержать примесей и веществ вредных для здоровья животных[Q…S]. Получение однородной смеси в результате процесса перемешивания различных компонентов широко используется для приготовления сыпучих кормов. Применяемые конструкции смесителей сыпучих кормов не в полной мере удовлетворяют требованиям предъявляемых к качеству приготавливаемых смесей в связи с многообразием факторов влияющих на смешивание сыпучих компонентов.В ФГБОУ ВПО ©ПензенскаяГСХАªразработан смесительконвейер сухих концентрированных кормов непрерывного действия (рисунок Q).Смеситель представляет собой спиральновинтовой шнек (конвейер) состоящий из кожуха 2 загрузочной воронки 3,выгрузного лотка 1,привода 6, прутковой спирали 5 рабочего органа. Внутри кожуха на подшипниках установлен рабочий орган представляющий собой вал 4с крепящейся к нему на радиальных поддерживающих лопастях винтовой спиралью 5из металлического прутка. Диаметр прутка спирали соответствует 50; 65 и 80 мм при шаге спирали 50, 120и Q75мм. Диаметр кожуха Q00 мм. Частота вращения рабочего органа изменяется от Q90 до 440мин1.Длина кожуха лабораторного конвейерасоставляет 2S метра[5,6].аб

Рисунок Q –Винтовой смесительконвейер сухих кормов: а) общий вид; б) схема:1 –выгрузной лоток; 2 –кожух; S –загрузочная воронка; 4 –опорный вал; 5 –прутковая спираль;6 –шкивпривода

Компоненты смеси поступаютв загрузочную воронку 3смесителяконвейеранепрерывного действия. Поступающий материал(компоненты смеси)захватываетсяпрутковойспиралью5однозаходного винта шнека и разгоняется в направлении выгрузного лотка 1.В процессе транспортировки материала перемешиваютсякомпонентысмеси за счет воздействия на нихпрутковой спирали5. При поступлениисмеси в зону выгрузного лотка1осуществляетсяее самопроизвольная выгрузкапод действием гравитации.Основными параметрами нормированной подачи корма являются [7]:объёмная подача Q0=S0∙ϑср





(1)массовая подача ��=S0∙ϑср∙ρ,



(2)где S0–площадь сечения определяющего отверстия м2; υср–средняя скорость движения потока корма м/с; ρ

плотность корма кг/м3.Теоретический объём материала на длине одного шага шнека определяется:�=�0∙�=�4(�2−�2)∙�,



(3)гдеD–наружный диаметр шнека м; d–диаметр вала шнека м; s –шаг шнека м.Подача шнековых дозирующевыгрузных устройств определится [7…12]:�=�4(�2−�2)∙�∙�∙�∙��∙��∙�ℎ∙��,

(4)где ω–угловая скорость c1; kh–безразмерный коэффициент определяющий зависимость подачи корма от высоты корма в бункере; kw–безразмерный коэффициент определяющий зависимость подачи корма от влажности корма W; kβ–коэффициент учитывающий угол наклона шнековой лопасти; kφ–коэффициент учитывающий угол раствора выгрузного окна [7].На основе указанной формулы получилиподачу спиральновинтового конвейера кг/с:�=(�12−(�1−2�)2)∙�∙�8∙�∙��,

(5)где n–частота вращения винтаспирали, c1; D1–наружный диаметр винта шнека м; d–диаметр прутка шнека м; kp–безразмерный поправочный коэффициент учитывающий зависимость подачи корма от существующих условий.Для установления правомочности использования приведенного выражения проводились экспериментальные исследования на опытной установке (рисунок Q). Интервалы и уровни варьирования факторов приведены в таблице Q. В процессе опытов определялась подача смесителяконвейера при установке сменного рабочего органа (рисунок 2) и включении привода устройства обеспечивающего требуемую частоту вращения винта. Время замера выгруженного материала составляло Q5 с и контролировалось секундомером. Масса выгруженной порции дерти взвешивалась на весах РНQ0ЦQSУ с точностью 5 грамм. Подача определялась делением массы выгруженной порции на длительность выгрузки. Повторность трехкратная. При обработке результатов с целью получения уравнения регрессии использовалось среднее значение подачи по трем повторностям[13].Исследования производились на пшеничноячменной дерти (Q:Q) с насыпной плотностью вороха смеси=710 кг/м3и влажностью 13,8%.

Таблица Q –Факторы уровни их варьирования показатели работы лабораторного смесителяВидопытаКонструктивнокинематическиепараметрыУровни варьирования факторовКритерииоценкиПоисковые лабораторные опыты и интерполяционные исследованияДиаметр прутка d мм5; 6,5; 8Подача Q кг/с;

мощность W Вт; энергоемкость Y Дж/кгШаг витка S мм50; 120; 175Частота вращения n мин1130; 190; 265; 305; 400

В результате проведения эксперимента получены опытные данные подачи а после обработки результатовкомпьютерной программой Statistica5,5установлено уравнение регрессии максимальной подачи винтового смесителяконвейера при свободном заполнении межвиткового пространства материалом изнакопительногобункера[6]второго порядка:Q = A0+A1∙d`+A2∙s`+A3∙n`+A11∙d`2+A22∙s`2+A33∙n`2++A12∙d`∙s`+A13∙d`∙n`+A23∙s`∙n`

(6)гдеd`–диаметрпруткаспирали, мм; s`–шагвиткаспирали, мм; n`–частотавращениявинтаспирали, мин1;A0, A1, A2, A3, A11, A22, A33, A12, A13, A23–коэффициентыуравнениярегрессии.

Рисунок 2 –Набор сменных винтовых рабочих органов

После подстановки числовых значений коэффициентов,уравнение регрессии запишется:Q= Q8Q089+0598Q2S∙d`000245∙s`+0,0004018∙n`0,05254∙d`2000002∙s`2++0,000000504∙n`2+000QQ07∙d`∙s`+00002Q9∙d`∙n`+0,0000085Q∙s`∙n`.(7)Коэффициент корреляции –R=0,96118844. Результаты расчета подачи по уравнению регрессии и их соответствие опытным значениям представлены на рисунке S.

С ростом частоты вращения увеличивается подача устройства. Для диаметра прутка спирали 5 мм наибольшая производительность соответствует шагу 90…Q40 мм. С ростом частоты вращения экстремум подачи смещается к большему шагу спирали. Из двумерного сечения поверхности отклика подачи построенного в программе MathCad,при шаге спирали 50 мм (рисунок 4.б) видно что наибольшая производительность конвейера соответствует диаметру прутка спирали 65…7 мм. По мере увеличения частоты вращения наблюдается дрейф оптимума подачи в сторону увеличения диаметра прутка. С ростом частоты вращения производительность увеличивается. Увеличение диаметра прутка способствует улучшению проталкивания материала в горизонтальном направлении что увеличивает подачу. Однако увеличение диаметра прутка спирали уменьшает проходное сечение между витками спирали увеличивая сводообразование в загрузочной воронке что способствует снижению подачи. При тонких прутках спирали площадь опоры сводов о винт уменьшается. В результате возрастает степень заполнения материала внутреннего пространства конвейера. С ростом частоты вращения увеличивается скорость транспортирования материала что увеличивает подачу. При шаге до Q00…QQ0 мм (соотношение шага и диаметра винта до Q0…QQ) вектор скорости материала при воздействии с прутком имеет большую проекцию в направлении поступательной скорости материала. По мере дальнейшего увеличения шага спирали величина горизонтальной проекции скорости снижается в виду увеличения центробежных сил что способствует снижению подачи.Тем самым можно рекомендовать для использования диаметр прутка спирали около 65 мм и шаг спирали Q00…QS5 мм при диаметре шнека Q00 мм.

Рисунок 3–Результаты соответствия опытных и расчётных значений

a) б)Рисунок 4–Двумерные поверхности отклика производительности:а) шагаспирали S(мм) и частоты вращения n(мин1) при диаметре прутка спирали d=5мм; б) диаметра прутка спирали d(мм) и частоты вращения n(мин1) при шаге спирали S50 (мм)aбвРисунок 5–Двумерные поверхности отклика коэффициента kp:а)частоты вращения n(мин1) и шагаспирали S(мм) при d65 мм;б)частоты вращения n(мин1) и диаметра прутка d(мм) при SQ20 мм;в)шагаспирали S(мм) и диаметра прутка d(мм) при nS40 мин1.С целью расширения результатов исследований для возможного использования ф.5 были определены значения поправочного коэффициента kp,а в результате обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии указанного коэффициента (рисунок 5):kp= 80S227+4056996·d`006498S·s`+00QS842·n`026QS94·d`2+0000Q6S·S`200000Q8·n`20000047·d`·s`0000206·d`·n`0000002Q·s`·n`. (8)Коэффициент корреляции R0978S9. Фтест –0,916179.Наибольшие значения поправочного коэффициента kpсоответствуют частоте вращения винта около S50 мин1 диаметру прутка около 8 мм и шагу винта около 50 мм. Уменьшение шага винта способствует сводообразованию материала внутри винта что увеличивает величину поправочного коэффициента. Увеличение диаметрапрутка увеличивает поперечную площадь винта что способствует лучшему проталкиванию материала вдоль смесителяконвейера. Наличие экстремума значений поправочного коэффициента при частоте вращения около S50 мин1обуславливается видимо сочетанием сил тяжести материала и центробежных сил что обеспечивает лучший контакт материала и поверхности винта способствуя улучшению транспортировки материала.Таким образом имеется возможность определения подачи спиральновинтовогосмесителяконвейеранаоснове ф. 5 с учетом поправочного коэффициента kp(ф.8). Расхождение опытных значений и результатов расчета не превышает 15%.Коэффициент корреляции R0978S9. Результаты Фтеста –0,916179.

Ссылки на источники:Q. Концепция развития механизации и автоматизации процессов в животноводстве на период до 20Q5 года. –Подольск: ГНУ ВНИИМЖ 200S. –Q02 с.2. Основные направления развития кормопроизводства Российской Федерации на период до 20Q0 года. –М.: ФГНУ ©Росинформагротехª. –2001. –64 с.S. Коновалов,В.В. Механизация технологических процессов животноводства/ В.В. Коновалов С.И. Щербаков В.Ф. Дмитриев. –Пенза: РИО ПГСХА 2006. –274 с.4. Коновалов,В.В. Обоснование технических средств приготовления и выдачи кормов в свиноводстве/В.В. Коновалов. –

Пенза 2005. –SQ4 с. 5. Фомин А.С. Спиральновинтовойсмесительконвейер/ Фомин А.С. Коновалов В.В. Чупшев А.В. Терюшков В.П.// Сельский механизатор. 2012.№ 7. С. 7.6. Фомин,А.С. Определение подачи спиральновинтового шнека/ А.С. Фомин В.В. Коновалов // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научнопрактической конференции. Том II / Пензенская ГСХА. –Пенза: РИО ПГСХА 20QQ. –с. Q28 130.7. Крючкова Л.Г. Совершенствование процесса работы дозирующевыгрузных устройств шнекового типа бункерного раздатчикасмесителя: Автореф. дис… канд. техн. наук/ Л.Г. Крючкова. –Благовещенск 2007. –Q9 с.8. Коновалов,В.В. Расчет оборудования и технологических линий приготовления кормов/ В.В. Коновалов. –Пенза РИО ПГСХА. –2002. –206 с.9. Артемьев В.Г. Элементы теории спиральновинтовых пружинных транспортеров. Научное редактирование/ В.Г. Артемьев Ю.М. Исаев. –Ульяновск: УГСХА 2006. –Q08 с.10. Исаев Ю.М. Критическая частота вращения спирального винта при перемещении частицы материала/ Ю.М. Исаев В.Г. Артемьев Н.М. Семашкин Н.Н. Назарова В.А. Злобин // Вестник Ульяновской ГСХА. –2012. –№Q. –С.QS2135.11. Боровиков И.А. Определение поправочных коэффициентов подачи вертикального шнека/ И.А. Боровиков В.В. Коновалов С.В. Гусев Л.В. Иноземцева // Вестник Саратовского ГАУ им Н.И. Вавилова. –2007. –№S. –С.4S44.12. Новиков В.В. Определение подачи цилиндрического шнекового пресса/ В.В. Новиков В.В. Коновалов Д.В. Беляев Л.В. Иноземцева // Нива Поволжья. –2010. –№2. –С.5Q56.13. Лянденбурский,В.В. Основы научных исследований/ В.В. Лянденбурский В.В. Коновалов А.В. Баженов. –Пенза: ПГУАС 20QQ. –248 с.

Vladimir KonovalovDoctor of Technical Sciences, ProfessorFGBOU VPO "Penza State Technological Academy", PenzaPhone: +79272868593, email: konovalovpenza@rambler.ruFominArtemGraduateFGBOU VPO "Penza State Agricultural Academy", Penza

DETERMINATION OF FEED SCREW MIXERCONVEYOR

The results of the research workflow screw mixer, continuous conveyor. The expressions for determining feed screw conveyor with mixer to the frequency of rotation of the screw, the wire diameter and the pitch of its spiral. Defined functional dependence of the correction factor.

Keywords: mixerconveyor, spiral screw, screw, working body, the mixture flow, productivity, feed.