Влияние производительности смесителя с комбинированным рабочим органом на его технологический процесс
ART 54532
УДК
001
В.
В. КоноваловБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Коновалов
В.
В.,
Терюшков
В.
П.,
Коновалов
В.
В.,
Соломянов
А.
В. Влияние производительности смесителя с комбинированным рабочим органом на его технологический процесс // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
1341–1345. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/54532.htm.
Аннотация. Дается описание смесителя непрерывного действия с комбинированным рабочим органом. Представлены результаты экспериментальных исследований смесителя по определению неравномерности смеси и энергоемкости перемешивания. Обоснованы технологические параметры смесителя его зоны работоспособности: производительность – 8 т/ч при доле контрольного компонентов не менее 9,5%.
Ключевые слова:
коэффициент вариации, неравномерность смеси, смеситель, смешивание, мешалка, энергоемкость перемешивания, мощность привода смесителя
Текст статьи
Коновалов Виктор Владимирович,
студент ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», г. Пензаzenit1191@mail.ru
Терюшков Вячеслав Петрович,кандидаттехническихнаук, доцент ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», г. Пензаtvp141@mail.ru
Коновалов Владимир Викторович,
доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», г. Пензаkonovalovpenza@rambler.ru
Соломянов Алексей Владимирович,
студент ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», г. ПензаSolomjanoff@mail.ru
Влияние производительности смесителя с комбинированным рабочим органом
на его технологический процесс
Аннотация.Дается описание смесителя непрерывного действия с комбинированным рабочим органом. Представлены результаты экспериментальных исследований смесителя по определению неравномерности смесииэнергоемкости перемешивания. Обоснованы технологические параметры смесителя его зоны работоспособности: производительность –8 т/ч при доле контрольного компонентов не менее 9,5%.Ключевые слова:смешивание, коэффициент вариации, неравномерность смеси, смеситель, мешалка, энергоемкость перемешивания, мощность привода смесителя.
Повышение продуктивности животных возможно за счет использования качественных смесей при выдаче их в надлежащем количестве.С целью повышения экономической эффективности использования комбикормов и снижения их стоимости, хозяйства стремятся использовать собственный фураж и покупные БВД, обладающие в составе комбикорма 10…20%массы[1,2]. К сожалению, далеко не все смесители способны приготавливать кормосмеси надлежащего качества. Вторым недостатком смесителей является высокая энергоемкость смесеобразования.Существует большое разнообразие указанных устройств, но далеко не все из них способны приготавливать качественную смесь в конкретных технологических условиях и определенной рецептуры[48].Цельюданных исследований являетсяснижение энергоемкости приготовления смеси концентрированных кормов (комбикормовконцентратов) при соблюдении зоотехнических требований на качество смеси.В задачи исследованийвходило как установление функциональной зависимости между технологическими параметрами смесеобразованияи показателями технологического процессасмесителя, так и выявление оптимальных /рациональных/значений технологических параметров смесителя, обеспечивающих соблюдение зоотехнических требований на качество смесипри минимальнойэнергоемкостисмесеобразования.Для обеспечения рецептуры комбикормов компоненты указанныхсмесей подлежат дозированию ипоследующемусмешиванию. Под смешиванием понимают процесс равномерного распределения частиц компонентов конкретного корма в общем объеме, в результате чего получают однородную кормовую смесь [1]. В качестве показателя качества смеси используют неравномерностьсмешивания, определяемый каккоэффициент вариации (, %)фактического распределения контрольного компонента в 15…20 пробах [1]. Чем меньшезначение коэффициента вариации, тем качественнее распределены компоненты в смесии выше качество смеси. Использование непрерывного приготовлениясмесей (т.е. непрерывное дозирование компонентов и их одновременное непрерывное перемешивание) позволяет по сравнению с порционным приготовлением смесиснизить энергоемкость смесеобразования. Проблемным остается соблюдение рецептуры смеси изза недостаточно точной настройки дозаторов [1…8]. Для смешивания сухих компонентовнаиболее эффективны смесители с лопастными рабочими органами [2, 5, 6]. В Пензенской ГСХА разработан смеситель комбикормовнепрерывного действия (рисунок 1)с комбинированным рабочим органом.
Рисунок 1 –Смеситель с комбинированным рабочим органом:1
выгрузной лоток; 2кожух; 3 –загрузная воронка; 4 –рабочий орган; 5 –привод
Смеситель представляет собой горизонтальный кожух 2 с загрузной воронкой 3 и выгрузным лотком 1. Внутри кожуха установлен горизонтальный вал с приводом 5 от электродвигателя через клиноременную передачу. На валу установлен комбинированный рабочий орган 4, который состоит из прутковой Побразной лопастной мешалки, расположенной в районе загрузной воронки 3, идвухзаходного спиральновинтового пруткового конвейера, размещенного в районе цилиндрической части кожуха 2. Компоненты смеси, загружаемые непрерывным потоком в смеситель через загрузную воронку 3,активно перемешиваются внутри кожуха 2 прутковыми лопастями Побразной мешалки в зоне загрузного отверстия. По мере увеличения высоты слоя материала в смесителе в районезагрузной воронки3, часть материала ссыпается под собственным весом и воздействиемлопастной мешалки на спиральновинтовой прутковый конвейер.Конвейер транспортирует материал вдоль кожуха к выгрузному лотку 1и дополнительно перемешивает его.Интервалыварьирования исследуемых факторов соответствовали: доля контрольного компонентаот 1,5% до 12%, суммарная производительностьдозирующих устройств–от 1,5 до 23,5 кг/с. При этом,использовались ранее обоснованныеконструктивнокинематическиепараметры смесителя: количество лопастей мешалки –6 шт.; частота вращения вала –320 мин1. Методика опытов предусматривала в качествеконтрольного компонента зернаячменя.Наполнитель: дерти ячменная и пшеничная в пропорции (1:1), насыпной плотностью 710 кг/м3. Количество проб для определения качества смеси –20 шт. Масса пробы –100 г.
Рисунок 2 –Влияние доли контрольного компонента dk (%) и производительности смесителя Q (кг/с) на неравномерность смеси , %
В результате обработки результатов экспериментов, получено выражение неравномерности смеси (коэффициента вариации содержания контрольного компонента в пробах, рис.2), %:=63,2833533,7012·dk20,70799·Q 2,617092·Q·dk++8,903025·Q2/dk+ 1,009618·Q2·dk,
(4)где dk–доля контрольного компонента, %; Q –производительность смесителя, кг/с.Коэффициент корреляции R=0,93621. Данные Fтест = 0,91789.С увеличением доли контрольного компонента неравномерность смеси понижается, т.е. качество смеси улучшается. При доле контрольного компонента в составе смеси более 9,5% коэффициент вариации менее 10%, чтосоответствует зоотехническим требованиям на качество смеси. Лучшие значения показателей соответствуют производительности 2,2 кг/с.В результате расчета и обработки полученных данных получено выражение, описывающее энергоемкость смесеобразования(рис.3), Дж/кг:Y=674,50310,982715·Q·dk 287,966·Q +49,57906·Q2. (6)Коэффициент корреляции R=0,99243.Данные Fтест = 0,982308.С ростом производительности смесительного агрегата энергоемкость смешения возрастает по зависимости близкой к линейной. Это связано с ростом мощности на привод рабочего органа смесителя. Самая высокая энергоемкость наблюдается при малой производительностисмесителя–1,5 кг/с. Доля контрольного компонента в составе смеси существенного влияния на энергоемкость не оказывает, т.к. практически не изменяется гранулометрический и физикомеханический состав. Видимо влияет лишь изменение плотности смеси при смене доли контрольного компонента. Параметры, обеспечивающие зоотехнические требования –производительность смесителя 2,2 кг/спри доле контрольного компонента не менее 10%,соответствуют энергоемкости смешения около 300 Дж/кг.
Рисунок 3 –Влияние доли контрольного компонента dk(%) и производительности смесителя Q (кг/с) на энергоемкость смешенияY, Дж/кг
Таким образом, для предложенного смесителя с количеством Побразных лопастей мешалки равного шести и при частоте ее вращения 320 мин1оптимальна производительность смесителя около 8 т/ч. Смеситель работоспособен при доле контрольного компонента не менее 9,5 %.
Ссылки на источники1.Коновалов, В.В. Устройство для внесения жира в концентрированные корма/ В.В. Коновалов, А.А. Курочкин, К.М. Мишин // Механизация и электрификация с/х. №52002, С. 1213.2.Гусев, С.В. Концентрированные корма... увлажненные / С.В. Гусев, В.В. Коновалов, С.И. Щербаков // Сельский механизатор №1 2003 С. 18.3.Курочкин, А.А. Концентрированные корма... обогащенные жиром. / А.А. Курочкин, В.В. Коновалов, К.М. Мишин // Сельский механизатор №1 2003 С.18.4.Кухарев, О.Н. Результаты исследований барабанного дражиратора / О.Н. Кухарев, И.Н. Сёмов, А.М. Чирков // Нива Поволжья . –2010. –№1 –С. 5457.5.Теоретические исследования барабанного питателядозатора/ В.В. Коновалов, Л.В. Иноземцева // Аграрная наука №42000, С.1718.6.Новиков, В.В. Обоснование параметров лопастной мешалки/В.В. Новиков, С.П. Симченкова, В.И. Курдюмов // Вестник Ульяновской ГСХА, 2011. –№2. –С. 104108.7.Петрова, С.С. Сравнительные исследования смесителя с круглыми и плоскими лопастями / С.С. Петрова, В.П. Терюшков, А.В. Чупшев, М.В. Коновалова // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. №3. С. 121124.8.Сыроватка, В.И. Новые технические решения приготовления комбикормов в хозяйствах./ В.И. Сыроватка, Н.В. Обухова, А.С. Комарчук // Кормопроизводство. –2010.–№ 7. –С. 4245.9.Терюшков, В.П. К вопросу влияния высоты слоя корма и диаметра лопасти на перемещение материала/ В.П. Терюшков, А.В. Чупшев, В.В. Коновалов / Повышение эффективности использования ресурсов при производстве с/х продукции –новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства. Сборник научн. докл.XVI Международной научнопракт. конференции –Тамбов: изд. Першина РВ, 2011. –С. 6467.10.Терюшков, В.П. Определение рациональных параметров смесителя концкормов / В.П. Терюшков, В.В. Коновалов / Повышение эффективности использования ресурсов при производстве с/х продукции –новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства. Сборник научн. докл.XVII Международной научнопракт. конференции –Тамбов: изд. Першина РВ, 2013. –С.7177.
Viktor Konovalov,student "Penza State Agricultural Academy", Penzazenit1191@mail.ruVyacheslav TeryushkovCandidate . tehn. Sciences, Associate "Penza State Agricultural Academy", Penzatvp141@mail.ruVladimir Konovalov,Ph.D., professor "Penza State Technological University", Penzakonovalovpenza@rambler.ruSolomyanov Alexey,student "Penza State Technological University", PenzaSolomjanoff@mail.ruEFFECT OF PERFORMANCE MIXER WITH COMBINED WORKING AT ITS BODY PROCESS TECHNOLOGYDescribes the continuous mixer with a combined working body . The results of experimental studies to determine the mixer uneven mixture and energy mixing. Justified its technological options mixer zone efficiency : efficiency 8 t/h with a share of control components not less than 9,5 %.Keywords:mixing, coefficient of variation, uneven mix , mixer, mixer, mixing energyconsumption , drive power mixer .
студент ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», г. Пензаzenit1191@mail.ru
Терюшков Вячеслав Петрович,кандидаттехническихнаук, доцент ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», г. Пензаtvp141@mail.ru
Коновалов Владимир Викторович,
доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», г. Пензаkonovalovpenza@rambler.ru
Соломянов Алексей Владимирович,
студент ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», г. ПензаSolomjanoff@mail.ru
Влияние производительности смесителя с комбинированным рабочим органом
на его технологический процесс
Аннотация.Дается описание смесителя непрерывного действия с комбинированным рабочим органом. Представлены результаты экспериментальных исследований смесителя по определению неравномерности смесииэнергоемкости перемешивания. Обоснованы технологические параметры смесителя его зоны работоспособности: производительность –8 т/ч при доле контрольного компонентов не менее 9,5%.Ключевые слова:смешивание, коэффициент вариации, неравномерность смеси, смеситель, мешалка, энергоемкость перемешивания, мощность привода смесителя.
Повышение продуктивности животных возможно за счет использования качественных смесей при выдаче их в надлежащем количестве.С целью повышения экономической эффективности использования комбикормов и снижения их стоимости, хозяйства стремятся использовать собственный фураж и покупные БВД, обладающие в составе комбикорма 10…20%массы[1,2]. К сожалению, далеко не все смесители способны приготавливать кормосмеси надлежащего качества. Вторым недостатком смесителей является высокая энергоемкость смесеобразования.Существует большое разнообразие указанных устройств, но далеко не все из них способны приготавливать качественную смесь в конкретных технологических условиях и определенной рецептуры[48].Цельюданных исследований являетсяснижение энергоемкости приготовления смеси концентрированных кормов (комбикормовконцентратов) при соблюдении зоотехнических требований на качество смеси.В задачи исследованийвходило как установление функциональной зависимости между технологическими параметрами смесеобразованияи показателями технологического процессасмесителя, так и выявление оптимальных /рациональных/значений технологических параметров смесителя, обеспечивающих соблюдение зоотехнических требований на качество смесипри минимальнойэнергоемкостисмесеобразования.Для обеспечения рецептуры комбикормов компоненты указанныхсмесей подлежат дозированию ипоследующемусмешиванию. Под смешиванием понимают процесс равномерного распределения частиц компонентов конкретного корма в общем объеме, в результате чего получают однородную кормовую смесь [1]. В качестве показателя качества смеси используют неравномерностьсмешивания, определяемый каккоэффициент вариации (, %)фактического распределения контрольного компонента в 15…20 пробах [1]. Чем меньшезначение коэффициента вариации, тем качественнее распределены компоненты в смесии выше качество смеси. Использование непрерывного приготовлениясмесей (т.е. непрерывное дозирование компонентов и их одновременное непрерывное перемешивание) позволяет по сравнению с порционным приготовлением смесиснизить энергоемкость смесеобразования. Проблемным остается соблюдение рецептуры смеси изза недостаточно точной настройки дозаторов [1…8]. Для смешивания сухих компонентовнаиболее эффективны смесители с лопастными рабочими органами [2, 5, 6]. В Пензенской ГСХА разработан смеситель комбикормовнепрерывного действия (рисунок 1)с комбинированным рабочим органом.
Рисунок 1 –Смеситель с комбинированным рабочим органом:1
выгрузной лоток; 2кожух; 3 –загрузная воронка; 4 –рабочий орган; 5 –привод
Смеситель представляет собой горизонтальный кожух 2 с загрузной воронкой 3 и выгрузным лотком 1. Внутри кожуха установлен горизонтальный вал с приводом 5 от электродвигателя через клиноременную передачу. На валу установлен комбинированный рабочий орган 4, который состоит из прутковой Побразной лопастной мешалки, расположенной в районе загрузной воронки 3, идвухзаходного спиральновинтового пруткового конвейера, размещенного в районе цилиндрической части кожуха 2. Компоненты смеси, загружаемые непрерывным потоком в смеситель через загрузную воронку 3,активно перемешиваются внутри кожуха 2 прутковыми лопастями Побразной мешалки в зоне загрузного отверстия. По мере увеличения высоты слоя материала в смесителе в районезагрузной воронки3, часть материала ссыпается под собственным весом и воздействиемлопастной мешалки на спиральновинтовой прутковый конвейер.Конвейер транспортирует материал вдоль кожуха к выгрузному лотку 1и дополнительно перемешивает его.Интервалыварьирования исследуемых факторов соответствовали: доля контрольного компонентаот 1,5% до 12%, суммарная производительностьдозирующих устройств–от 1,5 до 23,5 кг/с. При этом,использовались ранее обоснованныеконструктивнокинематическиепараметры смесителя: количество лопастей мешалки –6 шт.; частота вращения вала –320 мин1. Методика опытов предусматривала в качествеконтрольного компонента зернаячменя.Наполнитель: дерти ячменная и пшеничная в пропорции (1:1), насыпной плотностью 710 кг/м3. Количество проб для определения качества смеси –20 шт. Масса пробы –100 г.
Рисунок 2 –Влияние доли контрольного компонента dk (%) и производительности смесителя Q (кг/с) на неравномерность смеси , %
В результате обработки результатов экспериментов, получено выражение неравномерности смеси (коэффициента вариации содержания контрольного компонента в пробах, рис.2), %:=63,2833533,7012·dk20,70799·Q 2,617092·Q·dk++8,903025·Q2/dk+ 1,009618·Q2·dk,
(4)где dk–доля контрольного компонента, %; Q –производительность смесителя, кг/с.Коэффициент корреляции R=0,93621. Данные Fтест = 0,91789.С увеличением доли контрольного компонента неравномерность смеси понижается, т.е. качество смеси улучшается. При доле контрольного компонента в составе смеси более 9,5% коэффициент вариации менее 10%, чтосоответствует зоотехническим требованиям на качество смеси. Лучшие значения показателей соответствуют производительности 2,2 кг/с.В результате расчета и обработки полученных данных получено выражение, описывающее энергоемкость смесеобразования(рис.3), Дж/кг:Y=674,50310,982715·Q·dk 287,966·Q +49,57906·Q2. (6)Коэффициент корреляции R=0,99243.Данные Fтест = 0,982308.С ростом производительности смесительного агрегата энергоемкость смешения возрастает по зависимости близкой к линейной. Это связано с ростом мощности на привод рабочего органа смесителя. Самая высокая энергоемкость наблюдается при малой производительностисмесителя–1,5 кг/с. Доля контрольного компонента в составе смеси существенного влияния на энергоемкость не оказывает, т.к. практически не изменяется гранулометрический и физикомеханический состав. Видимо влияет лишь изменение плотности смеси при смене доли контрольного компонента. Параметры, обеспечивающие зоотехнические требования –производительность смесителя 2,2 кг/спри доле контрольного компонента не менее 10%,соответствуют энергоемкости смешения около 300 Дж/кг.
Рисунок 3 –Влияние доли контрольного компонента dk(%) и производительности смесителя Q (кг/с) на энергоемкость смешенияY, Дж/кг
Таким образом, для предложенного смесителя с количеством Побразных лопастей мешалки равного шести и при частоте ее вращения 320 мин1оптимальна производительность смесителя около 8 т/ч. Смеситель работоспособен при доле контрольного компонента не менее 9,5 %.
Ссылки на источники1.Коновалов, В.В. Устройство для внесения жира в концентрированные корма/ В.В. Коновалов, А.А. Курочкин, К.М. Мишин // Механизация и электрификация с/х. №52002, С. 1213.2.Гусев, С.В. Концентрированные корма... увлажненные / С.В. Гусев, В.В. Коновалов, С.И. Щербаков // Сельский механизатор №1 2003 С. 18.3.Курочкин, А.А. Концентрированные корма... обогащенные жиром. / А.А. Курочкин, В.В. Коновалов, К.М. Мишин // Сельский механизатор №1 2003 С.18.4.Кухарев, О.Н. Результаты исследований барабанного дражиратора / О.Н. Кухарев, И.Н. Сёмов, А.М. Чирков // Нива Поволжья . –2010. –№1 –С. 5457.5.Теоретические исследования барабанного питателядозатора/ В.В. Коновалов, Л.В. Иноземцева // Аграрная наука №42000, С.1718.6.Новиков, В.В. Обоснование параметров лопастной мешалки/В.В. Новиков, С.П. Симченкова, В.И. Курдюмов // Вестник Ульяновской ГСХА, 2011. –№2. –С. 104108.7.Петрова, С.С. Сравнительные исследования смесителя с круглыми и плоскими лопастями / С.С. Петрова, В.П. Терюшков, А.В. Чупшев, М.В. Коновалова // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. №3. С. 121124.8.Сыроватка, В.И. Новые технические решения приготовления комбикормов в хозяйствах./ В.И. Сыроватка, Н.В. Обухова, А.С. Комарчук // Кормопроизводство. –2010.–№ 7. –С. 4245.9.Терюшков, В.П. К вопросу влияния высоты слоя корма и диаметра лопасти на перемещение материала/ В.П. Терюшков, А.В. Чупшев, В.В. Коновалов / Повышение эффективности использования ресурсов при производстве с/х продукции –новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства. Сборник научн. докл.XVI Международной научнопракт. конференции –Тамбов: изд. Першина РВ, 2011. –С. 6467.10.Терюшков, В.П. Определение рациональных параметров смесителя концкормов / В.П. Терюшков, В.В. Коновалов / Повышение эффективности использования ресурсов при производстве с/х продукции –новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства. Сборник научн. докл.XVII Международной научнопракт. конференции –Тамбов: изд. Першина РВ, 2013. –С.7177.
Viktor Konovalov,student "Penza State Agricultural Academy", Penzazenit1191@mail.ruVyacheslav TeryushkovCandidate . tehn. Sciences, Associate "Penza State Agricultural Academy", Penzatvp141@mail.ruVladimir Konovalov,Ph.D., professor "Penza State Technological University", Penzakonovalovpenza@rambler.ruSolomyanov Alexey,student "Penza State Technological University", PenzaSolomjanoff@mail.ruEFFECT OF PERFORMANCE MIXER WITH COMBINED WORKING AT ITS BODY PROCESS TECHNOLOGYDescribes the continuous mixer with a combined working body . The results of experimental studies to determine the mixer uneven mixture and energy mixing. Justified its technological options mixer zone efficiency : efficiency 8 t/h with a share of control components not less than 9,5 %.Keywords:mixing, coefficient of variation, uneven mix , mixer, mixer, mixing energyconsumption , drive power mixer .
