Конструирование агрегата для внесения жидких консервантов в растительные корма
Ю.
Е. ГлазковБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Глазков
Ю.
Е. Конструирование агрегата для внесения жидких консервантов в растительные корма // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 15. – С.
1781–1785. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/96275.htm.
Аннотация. В статье рассматривается технология внесения жидкого консерванта в растительные корма при силосовании. Проведён анализ существующих способов внесения консерванта. Предложены мобильный агрегат для внесения жидкого консерванта и математическая модель, описывающая процесс распространения жидкого консерванта по объёму растительного корма.
Текст статьи
ГлазковЮрий Евгеньевич,кандидат технических наук,заведующий кафедры Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис» ФГБОУ ВПО Тамбовский государственный технический университет», г. Тамбовglazkov_yura1@mail.ru
Конструирование агрегата для внесения жидких консервантов в растительные корма
Аннотация.В статье рассматривается технология внесения жидкого консерванта в растительные корма при силосовании.Проведён анализ существующих способов внесения консерванта. Предложен мобильный агрегат для внесения жидкого консервантаи математическая модель описывающая процесс распространения жидкого консерванта по объёму растительного корма.Ключевые слова:консервант, агрегат, дозатор, константа, распределение.
Становление рыночной экономики, развитие конкуренции между производителями предопределяет задачу разработки прогрессивных технологий и технологического оборудования, позволяющего эффективнее использовать имеющиеся ресурсы и выпускать продукцию более высокого качества при низкой себестоимости. Одной из отраслей народного хозяйства, настоятельно требующей внедрения новых видов техники, является сельское хозяйство, и, в частности, животноводство.
Повышение продуктивности животноводства во многом определяется полноценностью кормления животных, качеством заготовленных кормов. Недостаток протеина в основным компоненте рациона кормления крупного рогатого скота в стойловый период –силосе приводит к перерасходу корма на 30…40%. Повысить содержание протеина можно путем использования различных способов сохранения питательных веществ при заготовке и хранении. Для снижения потерь питательных веществ в 3...5 раза и повышения сохраняемости до 92...95% исходной кормовой массы используется внесение консервирующих препаратов [6].Консервант можно вносить четырьмя способами: опрыскиванием растений на корню перед скашиванием; в процессе скашивания растений; при взвешивании растительной массы в транспортном средстве и в процессе закладки консервируемой массы в силосохранилище.Применение технологии консервирования кормов сдерживается в основном изза отсутствия в достаточной мере отработанных и совершенных технических средств. Применяемые для этих целей промышленные установки, такие как УВКФ1, АВК1, а также многочисленные непромышленные устройства и установки мобильные и стационарные, для послойного и внутриобъемного внесения консерванта и т.д., не обеспечивают точного дозирования консерванта в зависимости от обрабатываемой массы корма. В подавляющем большинстве устройств и установок дозирование осуществляется в зависимости от различных косвенных параметров высоты травостоя, скорости комбайна, толщины слоя силоса в траншее и т.д., а не от конкретной величины массы корма, подвергающегося обработке.На основании разработанной классификационной схемы, предпочтение было отдано методу внесения жидких консервантов непосредственно перед закладкой силоса в траншеи и бурты, как наиболее перспективному с точки зрения обеспечения точности дозирования, уменьшения потерь консерванта, уменьшения загрязнения окружающей среды, снижения затрат труда и сокращения простоев транспорта.Проводя работу по улучшению качественных характеристик агрегатов для внесения консерванта и снижая их металлоёмкость, был разработан агрегат, общий вид которого представлен на рис.1 [3,4].
2Агрегат для внесения жидких консервантов в растительные корма рис.1 включает: трактор, на навесной системе которого установлено захватывающее устройство, состоящее из основной рамы 2, дополнительной рамы 17, поддерживающих пальцев 19, гидроцилиндров 1,4, дозирующего устройства, состоящего изинъекторов 18, соединенных через напорную магистраль 16 с насосом 15 и емкостью для консерванта 13. Дозатор состоит из регулирующего гидроцилиндра 6 и управляющего гидроцилиндра 10. Рабочая полость регулирующего гидроцилиндра 6 сообщена с рабочей полостью гидроцилиндра 4 навесной системы трактора. Поршень 7 регулирующего гидроцилиндра 6 подпружинен пружиной 5. На штоке поршня 7 размещен упор 8. Управляющий гидроцилиндр 10 выполнен в виде цилиндра с двумя, разделенными перегородкой с центральным отверстием, полостями. Одна полость управляющего гидроцилиндра 10 снабжена поршнем 11, на подпружиненном штоке которого установлен отключатель 9 электрической цепи управления работой насоса, и сообщена через вентиль 3 с напорной магистралью 16. Вторая полость управляющего гидроцилиндра 10 сообщена одним своим патрубком с емкостью для консерванта 13, а другим напорной магистралью 16 и снабжена упругой мембраной 12, закрывающей вход из напорной магистрали 16.
Рис.1. Технологическая схема мобильного агрегата для внесенияжидких консервантов.
Агрегат работает следующим образом. Захватывающее устройство забирает порцию растительной массы, внедряя в нее инъекторы 18. Посредством гидроцилиндра 4 поднимается навесная система с захватывающим устройством. Давление жидкости в рабочей полости гидроцилиндра 4, соответствующее массе порции растительных кормов, передается в рабочую полость регулирующего гидроцилиндра 6. Подпружиненный поршень 7 перемещается до моментауравновешивания усилий сжатия пружины 5 и давления жидкости. При этом шток поршня 7 с упором 8 выходит из соприкосновения с выключателем 9, приводя электрическую цепь привода насоса в состояние готовности. Включением электрического пускателя, расположенного в кабине трактора, замыкается электрическая цепь управления работой насоса 15 и начинается подача консерванта через напорную магистраль 16 и инъекторы 18 в растительную массу. Одновременно с началом подачи консерванта происходит 3вертикальное передвижение дополнительной рамы 17 с закрепленными на ней инъекторами 18. Часть консерванта, проходя по напорной магистрали 16, попадает через вентиль 3 в полость управляющего гидроцилиндра 10 и одновременно действует на мембрану 12, которая перекрывает отверстие, сообщающее две полости управляющего гидроцилиндра 10. Под воздействием консерванта поршень 11 поднимается вверх. Кнопочный выключатель 9, расположенный на подпружиненном штоке поршня 11, достигает упора 8 и размыкает электрическую цепь управления работой насоса 15. Подача консерванта прекращается. Давление в напорной магистрали 16 падает, и мембрана 12 открывает отверстие между двумя полостями гидроцилиндра 10. Консервант, находящийся в гидроцилиндре 10, самотеком и под воздействием пружины поршня 11, стекает в емкость для консерванта 13, поршень 11 возвращается в нижнюю мертвую точку. После выгрузки массы и сброса давления в рабочей полости гидроцилиндра 4 поршень 7 регулирующего гидроцилиндра 6 опускается вниз до соприкосновения упора 8 с выключателем 9, дополнительная рама 17 с расположенными на ней инъекторами 18 принудительно опускается в исходное положение.Одной из главных функций инъектирующего устройства, состоящего из блока трубчатых инъекторов, является равномерное распределение раствора консерванта в массе корма. При этом необходимо установить шаг расстановки инъекторов на подвижной раме, диаметр отверстий и шаг расстановки их на инъекторах. Эти параметры зависят от многих факторов, в том числе от давления, развиваемого насосом, физикомеханических свойств растительной массы и скорости перемещения инъекторов в массе корма.Определяющими факторами при определении конструктивнорежимных параметров являются глубина проникновения консерванта в массу корма и диаметр конуса распыла консерванта. Для изучения распределения жидкого консерванта в объеме растительного корма была разработана модель проникновения струи консерванта в массу корма, в основу которой было положено допущение, что осевая скорость истечения консерванта в силос как среду относительно высокой плотности не зависит от времени и определяется для осесимметричной струи [1] выражением
где vx
скорость истечения консерванта в исследуемом сечении на расстоянии xот устья насадка, м/с; х
расстояние от устья насадк до исследуемой точки, м; a
коэффициент турбулентности, характеризующий интенсивность перемешивания струи с окружающей средой; v0
скорость истечения из устья насадка, м/с; d
диаметр устья насадка, м.Объемную концентрацию С[кг/м3] на оси факела будем определять по формуле ,где
плотность консерванта, кг/м3.После преобразований получим:
где Р–давление подаваемого консерванта.
4Наиболее близко линии равнойконцентрации консерванта в растительной массе рис. 2 описываются уравнением y2= (1 –x/r) x2tg2,где r–максимальная глубина проникновения консерванта,
угол распыла консерванта 12
Объем всего факела, в который проникает консервант под напоромV= tg2r 3/12.Для дальнейших исследований зону факела разбиваем на nравных по объему частей, причем границы каждой зоны определяются уравнением
где Vn
объем nй доли факела.
С достаточной степенью точности можно предположить, что концентрация консерванта в объеме Vnравна концентрации на оси факела на удалении xiот устья насадки.Силос перед обработкой имеет слабую основную реакцию
где Cсил
концентрация ионов в силосе, Kсил
усредненная константа диссоциация ионов в силосе.При добавлении слабой кислоты кислотность корма в заданном участке [2]:pH = lg(Cсил/C) ,где Kк
константа диссоциации кислоты.После соответствующих преобразований получим формулу для кислотности массы в заданном участке ,или с учетом *
Рис.2. Схема распространенияконсерванта в массе силоса
5,
Коэффициент неравномерностираспределения консерванта по объему растительной массы [6]:
где n1
число проб; Hср
средняя кислотность; Hi
кислотность в iй точке.Зависимость коэффициента неравномерности распределения жидкого консерванта от диаметра отверстия d показана на рис. 3.Исходя из необходимости наиболее равномерного распределения консерванта в массе корма и с учетом характера его распространения, шаг расстановки отверстий инъектора определяется в соответствии с условием, что конусы распыла консерванта располагаются в шахматном порядке, а их границы касаются друг друга.Расстояние от сопла до максимального сечения конуса распыла
Для того, чтобы области распыла касались друг друга, необходимо выполнение следующего условия:tg= L/r,где L
расстояние между осями конусов распыла.С учетом аналитического уравнения [5]
где
объемная масса корма, кг/м; H
глубина погружения насадка, м.
Рис.3 Зависимость коэффициента неравномерности распределения жидкого консерванта от диаметра отверстия d
6
Тогда расстояние L/ между отверстиями на одном инъекторе выразится уравнением:
Предложенная модель проникновения и распределения жидкого консервата в силосуемой массе предоставляет возможность рассчитать наиболее оптимальные параметры агрегата и может быть использована для дальнейшего совершенствования родственных видов оборудования.
Ссылки на источники1.Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Издво физ.мат. литры, 1960.2.Васильев В.П. Аналитическая химия. Т.1 М.: Высшая школа, 1989.3.Курочкин И.М., Глазков Ю.Е. Передвижной агрегат для внесения консервирующих препаратов в растительные корма. Патент № 2013966 РФ, Опубл. в Б.И. № 11, 1994 4.Курочкин И.М., Глазков Ю.Е.,Милованов А.В Агрегат для внесения консервирующих препаратов в растительную массу. Патент № 2061387 РФ, Опубл. в Б.И. № 16, 1996 5.Глазков Ю.Е. Совершенствование средств механизации внесения жидких консервантов в силосуемые корма: Дис. ... канд. техн. наук по спец. 05.20.01. Воронеж, 1998. 116с.6.Федосеев П.Н., Гундоров В.В., Соколов А.В. Использование химических препаратов при заготовке кормов. М.: Росагропромиздат, 1988.
Конструирование агрегата для внесения жидких консервантов в растительные корма
Аннотация.В статье рассматривается технология внесения жидкого консерванта в растительные корма при силосовании.Проведён анализ существующих способов внесения консерванта. Предложен мобильный агрегат для внесения жидкого консервантаи математическая модель описывающая процесс распространения жидкого консерванта по объёму растительного корма.Ключевые слова:консервант, агрегат, дозатор, константа, распределение.
Становление рыночной экономики, развитие конкуренции между производителями предопределяет задачу разработки прогрессивных технологий и технологического оборудования, позволяющего эффективнее использовать имеющиеся ресурсы и выпускать продукцию более высокого качества при низкой себестоимости. Одной из отраслей народного хозяйства, настоятельно требующей внедрения новых видов техники, является сельское хозяйство, и, в частности, животноводство.
Повышение продуктивности животноводства во многом определяется полноценностью кормления животных, качеством заготовленных кормов. Недостаток протеина в основным компоненте рациона кормления крупного рогатого скота в стойловый период –силосе приводит к перерасходу корма на 30…40%. Повысить содержание протеина можно путем использования различных способов сохранения питательных веществ при заготовке и хранении. Для снижения потерь питательных веществ в 3...5 раза и повышения сохраняемости до 92...95% исходной кормовой массы используется внесение консервирующих препаратов [6].Консервант можно вносить четырьмя способами: опрыскиванием растений на корню перед скашиванием; в процессе скашивания растений; при взвешивании растительной массы в транспортном средстве и в процессе закладки консервируемой массы в силосохранилище.Применение технологии консервирования кормов сдерживается в основном изза отсутствия в достаточной мере отработанных и совершенных технических средств. Применяемые для этих целей промышленные установки, такие как УВКФ1, АВК1, а также многочисленные непромышленные устройства и установки мобильные и стационарные, для послойного и внутриобъемного внесения консерванта и т.д., не обеспечивают точного дозирования консерванта в зависимости от обрабатываемой массы корма. В подавляющем большинстве устройств и установок дозирование осуществляется в зависимости от различных косвенных параметров высоты травостоя, скорости комбайна, толщины слоя силоса в траншее и т.д., а не от конкретной величины массы корма, подвергающегося обработке.На основании разработанной классификационной схемы, предпочтение было отдано методу внесения жидких консервантов непосредственно перед закладкой силоса в траншеи и бурты, как наиболее перспективному с точки зрения обеспечения точности дозирования, уменьшения потерь консерванта, уменьшения загрязнения окружающей среды, снижения затрат труда и сокращения простоев транспорта.Проводя работу по улучшению качественных характеристик агрегатов для внесения консерванта и снижая их металлоёмкость, был разработан агрегат, общий вид которого представлен на рис.1 [3,4].
2Агрегат для внесения жидких консервантов в растительные корма рис.1 включает: трактор, на навесной системе которого установлено захватывающее устройство, состоящее из основной рамы 2, дополнительной рамы 17, поддерживающих пальцев 19, гидроцилиндров 1,4, дозирующего устройства, состоящего изинъекторов 18, соединенных через напорную магистраль 16 с насосом 15 и емкостью для консерванта 13. Дозатор состоит из регулирующего гидроцилиндра 6 и управляющего гидроцилиндра 10. Рабочая полость регулирующего гидроцилиндра 6 сообщена с рабочей полостью гидроцилиндра 4 навесной системы трактора. Поршень 7 регулирующего гидроцилиндра 6 подпружинен пружиной 5. На штоке поршня 7 размещен упор 8. Управляющий гидроцилиндр 10 выполнен в виде цилиндра с двумя, разделенными перегородкой с центральным отверстием, полостями. Одна полость управляющего гидроцилиндра 10 снабжена поршнем 11, на подпружиненном штоке которого установлен отключатель 9 электрической цепи управления работой насоса, и сообщена через вентиль 3 с напорной магистралью 16. Вторая полость управляющего гидроцилиндра 10 сообщена одним своим патрубком с емкостью для консерванта 13, а другим напорной магистралью 16 и снабжена упругой мембраной 12, закрывающей вход из напорной магистрали 16.
Рис.1. Технологическая схема мобильного агрегата для внесенияжидких консервантов.
Агрегат работает следующим образом. Захватывающее устройство забирает порцию растительной массы, внедряя в нее инъекторы 18. Посредством гидроцилиндра 4 поднимается навесная система с захватывающим устройством. Давление жидкости в рабочей полости гидроцилиндра 4, соответствующее массе порции растительных кормов, передается в рабочую полость регулирующего гидроцилиндра 6. Подпружиненный поршень 7 перемещается до моментауравновешивания усилий сжатия пружины 5 и давления жидкости. При этом шток поршня 7 с упором 8 выходит из соприкосновения с выключателем 9, приводя электрическую цепь привода насоса в состояние готовности. Включением электрического пускателя, расположенного в кабине трактора, замыкается электрическая цепь управления работой насоса 15 и начинается подача консерванта через напорную магистраль 16 и инъекторы 18 в растительную массу. Одновременно с началом подачи консерванта происходит 3вертикальное передвижение дополнительной рамы 17 с закрепленными на ней инъекторами 18. Часть консерванта, проходя по напорной магистрали 16, попадает через вентиль 3 в полость управляющего гидроцилиндра 10 и одновременно действует на мембрану 12, которая перекрывает отверстие, сообщающее две полости управляющего гидроцилиндра 10. Под воздействием консерванта поршень 11 поднимается вверх. Кнопочный выключатель 9, расположенный на подпружиненном штоке поршня 11, достигает упора 8 и размыкает электрическую цепь управления работой насоса 15. Подача консерванта прекращается. Давление в напорной магистрали 16 падает, и мембрана 12 открывает отверстие между двумя полостями гидроцилиндра 10. Консервант, находящийся в гидроцилиндре 10, самотеком и под воздействием пружины поршня 11, стекает в емкость для консерванта 13, поршень 11 возвращается в нижнюю мертвую точку. После выгрузки массы и сброса давления в рабочей полости гидроцилиндра 4 поршень 7 регулирующего гидроцилиндра 6 опускается вниз до соприкосновения упора 8 с выключателем 9, дополнительная рама 17 с расположенными на ней инъекторами 18 принудительно опускается в исходное положение.Одной из главных функций инъектирующего устройства, состоящего из блока трубчатых инъекторов, является равномерное распределение раствора консерванта в массе корма. При этом необходимо установить шаг расстановки инъекторов на подвижной раме, диаметр отверстий и шаг расстановки их на инъекторах. Эти параметры зависят от многих факторов, в том числе от давления, развиваемого насосом, физикомеханических свойств растительной массы и скорости перемещения инъекторов в массе корма.Определяющими факторами при определении конструктивнорежимных параметров являются глубина проникновения консерванта в массу корма и диаметр конуса распыла консерванта. Для изучения распределения жидкого консерванта в объеме растительного корма была разработана модель проникновения струи консерванта в массу корма, в основу которой было положено допущение, что осевая скорость истечения консерванта в силос как среду относительно высокой плотности не зависит от времени и определяется для осесимметричной струи [1] выражением
где vx
скорость истечения консерванта в исследуемом сечении на расстоянии xот устья насадка, м/с; х
расстояние от устья насадк до исследуемой точки, м; a
коэффициент турбулентности, характеризующий интенсивность перемешивания струи с окружающей средой; v0
скорость истечения из устья насадка, м/с; d
диаметр устья насадка, м.Объемную концентрацию С[кг/м3] на оси факела будем определять по формуле ,где
плотность консерванта, кг/м3.После преобразований получим:
где Р–давление подаваемого консерванта.
4Наиболее близко линии равнойконцентрации консерванта в растительной массе рис. 2 описываются уравнением y2= (1 –x/r) x2tg2,где r–максимальная глубина проникновения консерванта,
угол распыла консерванта 12
Объем всего факела, в который проникает консервант под напоромV= tg2r 3/12.Для дальнейших исследований зону факела разбиваем на nравных по объему частей, причем границы каждой зоны определяются уравнением
где Vn
объем nй доли факела.
С достаточной степенью точности можно предположить, что концентрация консерванта в объеме Vnравна концентрации на оси факела на удалении xiот устья насадки.Силос перед обработкой имеет слабую основную реакцию
где Cсил
концентрация ионов в силосе, Kсил
усредненная константа диссоциация ионов в силосе.При добавлении слабой кислоты кислотность корма в заданном участке [2]:pH = lg(Cсил/C) ,где Kк
константа диссоциации кислоты.После соответствующих преобразований получим формулу для кислотности массы в заданном участке ,или с учетом *
Рис.2. Схема распространенияконсерванта в массе силоса
5,
Коэффициент неравномерностираспределения консерванта по объему растительной массы [6]:
где n1
число проб; Hср
средняя кислотность; Hi
кислотность в iй точке.Зависимость коэффициента неравномерности распределения жидкого консерванта от диаметра отверстия d показана на рис. 3.Исходя из необходимости наиболее равномерного распределения консерванта в массе корма и с учетом характера его распространения, шаг расстановки отверстий инъектора определяется в соответствии с условием, что конусы распыла консерванта располагаются в шахматном порядке, а их границы касаются друг друга.Расстояние от сопла до максимального сечения конуса распыла
Для того, чтобы области распыла касались друг друга, необходимо выполнение следующего условия:tg= L/r,где L
расстояние между осями конусов распыла.С учетом аналитического уравнения [5]
где
объемная масса корма, кг/м; H
глубина погружения насадка, м.
Рис.3 Зависимость коэффициента неравномерности распределения жидкого консерванта от диаметра отверстия d
6
Тогда расстояние L/ между отверстиями на одном инъекторе выразится уравнением:
Предложенная модель проникновения и распределения жидкого консервата в силосуемой массе предоставляет возможность рассчитать наиболее оптимальные параметры агрегата и может быть использована для дальнейшего совершенствования родственных видов оборудования.
Ссылки на источники1.Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Издво физ.мат. литры, 1960.2.Васильев В.П. Аналитическая химия. Т.1 М.: Высшая школа, 1989.3.Курочкин И.М., Глазков Ю.Е. Передвижной агрегат для внесения консервирующих препаратов в растительные корма. Патент № 2013966 РФ, Опубл. в Б.И. № 11, 1994 4.Курочкин И.М., Глазков Ю.Е.,Милованов А.В Агрегат для внесения консервирующих препаратов в растительную массу. Патент № 2061387 РФ, Опубл. в Б.И. № 16, 1996 5.Глазков Ю.Е. Совершенствование средств механизации внесения жидких консервантов в силосуемые корма: Дис. ... канд. техн. наук по спец. 05.20.01. Воронеж, 1998. 116с.6.Федосеев П.Н., Гундоров В.В., Соколов А.В. Использование химических препаратов при заготовке кормов. М.: Росагропромиздат, 1988.
