Содержание к диссертации
Введение
I. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований ю
1.1 Технологические особенности производства 10 комбикормов. Зоотехнические требования
1.2 Классификация и анализ устройств для смешивания сыпучих кормов 25
1.3. Состояние исследований по смешиванию сыпучих Кормов 36
1.4 Выводы. Постановка цели и задач исследования 46
2 Теоретический анализ и обоснование параметров смесителя сухих кормов 48
2.1 Методологические основы и обоснование структурно-функциональной схемы смесителя сухих кормов 48
2.2 Определение энергоемкости смесеобразования и мощности, потребной на привод смесителя 57
2.3 Определение влияния конструктивно-технологических параметров на производительность смесителя 60
2.4 численные исследования работы смесителя. Обоснование массы пробы 74
3. Методика экспериментальных и производственных Исследований смесителя 84
3.1. Программа и методика экспериментальных исследований 84
3.2. Методика исследований физико-механических свойств сухих концентрированных кормов 91
3.3. Методика лабораторных исследований смесителя сухих Кормов 94
3.4. Методика производственных исследований смесителя Сухих кормов "
4. Результаты экспериментальных исследований смесителя 102
4.1. Результаты исследований физико-механических свойств кормов и обоснование массы навески 102
4.2. Обоснование рациональных параметров рабочих органов смесителя для получения предварительной смеси ш:>
4.3. Обоснование рациональных параметров рабочих органов смесителя для получения основной смеси 113
4.4. Обоснование рациональных технологических Параметров опытного образца смесителя Выводы по разделу 124
5 STRONG . Производственная проверка смесителя. Рекомендации По использованию. Экономическая оценка
STRONG Общие выводы
Литература
Приложения
- Классификация и анализ устройств для смешивания сыпучих кормов
- Методологические основы и обоснование структурно-функциональной схемы смесителя сухих кормов
- Программа и методика экспериментальных исследований
- Результаты исследований физико-механических свойств кормов и обоснование массы навески
Введение к работе
Удовлетворение потребности населения в таких продуктах питания, как мясо и молоко, определяется в первую очередь объемами производства и эффективностью использования кормов. В структуре себестоимости животноводческой продукции корма стоят на первом месте, на их долю приходится 60...70%'затрат [1, 2], а в валовом производстве кормов в стране концентрированные корма занимают более 30%. Животноводству страны требуется концентрированных кормов (комбикормов) на 2005 г 62,5 млн.т, на 2010 г - 81,8 млн.т. Производство зернофуража необходимо увеличить в 2,5 раза. [ 1... 5].
Резкий спад сельского хозяйства (в том числе животноводства) за последние 15 лет обуславливает необходимость восстановления животноводства и птицеводства, увеличения объемов и повышение эффективности производства продукции. Принятая «Концепция развития механизации и автоматизации процессов в животноводстве на период до 2015 г.» отмечает, что это возможно, в том числе, за счет повышения использования генетического потенциала животных на основе реализации инженерно-технологических факторов; комплексной механизации и автоматизации производства; созданию автоматизированных цехов по приготовлению комбикормов; повышения производительности труда и надежности машин в 2..3 раза; рационального использования ресурсов (кормов, энергии, рабочего времени), с доведением их потребления на производство продукции до уровня стран с высокоразвитым животноводством [2,4, 5].
В дореформенный период основными производителями животноводства были фермы, комплексы и фабрики колхозов и совхозов. В них производилось: 74..76% молока, 84..87% говядины, 64..66% свинины, 76..79% яиц, более 75% шерсти и 51-58% баранины. В последние годы, в связи с развалом коллективных хозяйств и крупных животноводческих объектов, значительная доля молока - 47..48% производится у населения и 3..4% - в фермерских хозяйствах, свинины соответственно 43..44% и 2,0..2,5%. Удельный вес хозяйств населения повысился до 63..64%, а коллективных хозяйств - снизился
до 30..31%. Уровень концентрации поголовья в фермерских хозяйствах существенно ниже по сравнению с коллективными - коров от 5..10 до 15..25 гол., 2..3 свиноматки, до 50..100 голов свиней на откорме [3, 4].
В настоящее время неудовлетворительное состояние технической оснащенности кормопроизводства, обусловленное крайне высокой стоимостью сельскохозяйственных машин, низким качеством изготовления и недостаточной их надежностью, неукомплектованность технологических комплексов является одной из основных причин низкого качества производимых комбикормов [1. ..5].
В связи с этим, производство комбикормов перемещается на комплексы, птицефабрики и фермы, занимающиеся откормом животных и птицы. В ближайшие 10 лет необходимо производить в хозяйствах до 40 млн.т. комбикормов. В перспективе примерно 54% производимого в стране фуражного зерна будут использоваться комбикормовой промышленностью, а остальная часть - для производства кормосмесей непосредственно в хозяйствах или на межхозяйственных предприятиях. Комбикормовые заводы должны производить сложные комбикорма, а фермерские комбикормовые цехи - приготавливать качественные смеси-комбикорма на основе собственного фуражного зерна и промышленных белково-витаминных добавок (БВД) [2, 3, 5, 77].
Применение собственных комбикормов позволяет сократить издержки на закупку сырья, его транспортировку, более рационально использовать зернофураж, дорогостоящие белково-витаминные добавки и непрерывно снабжать фермы свежими комбикормами. Приготовление кормов указанным образом получается в 1,5...2,0 раза дешевле производства на комбикормовых заводах. Поэтому производство комбикормов на фермах и межхозяйственных комбикормовых предприятиях стало условием рентабельного ведения отраслей свиноводства и птицеводства [1].
Комбикорма в рационах крупного рогатого скота составляют 24...30%, свиней - 90...95% и птицы - 95...100% [1, 4].От их качества и цены в значительной мере зависит себестоимость продукции и уровень рентабельности предприятия. Затраты кормов на производство 1 ц молока превышают нормати-
7 вы в 1,5 раза, мяса крупного рогатого скота - в 2,5 свинины - в 2,0 и птицы - в
1,3 раза.
Низкая продуктивность животных и большие затраты кормов, особенно зернофуража, во многом связаны с нерациональной организацией производства комбикормов. Всего 50% фуражного зерна перерабатывается в полноценные комбикорма и кормосмеси, а остальная часть скармливается просто в измельченном виде, что снижает эффективность использования фуража и ведет к неоправданному перерасходу кормов и зерна [2, 5].
Низкая эффективность кормления животных приводит к увеличению периода выращивания и откорма животных и, как следствие, к увеличению производственных затрат на энергоресурсы, зарплату и амортизацию. В итоге, производимая во многих хозяйствах животноводческая продукция становится неконкурентоспособной. Вызвано это применением неэффективных технологий, слабым обеспечением хозяйств цехами, машинами и оборудованием для приготовления кормов, в том числе комбикормов и различных кормовых добавок [2]v
В настоящее время происходит уменьшение производства комбикормов и снижение их качества из-за общего снижения технического обеспечения отрасли [3]. Поэтому потребуется в ближайшее десятилетие выпустить 9..10 тыс. комбикормовых установок с производительностью от 0,5 до 8,0 т/ч. [5]. Однако при малом поголовье животных экономически более эффективно использование средств механизации с малой производительностью [2, 3].
В связи с этим разработка смесителей комбикормов производительностью около 0,25 т/ч, выполняющих технологический процесс смешивания компонентов с низкой энергоемкостью процесса и высоким качеством получаемой продукции является важной научно-технической задачей.
Объект исследования: Технологический процесс и структурно-технологическая схема смешивания комбикормов-концентратов.
Предмет исследования: Закономерности, условия и режимы осуществления смешивания комбикормов комбинированным рабочим органом смесителя периодического действия.
Научную новизну представляют:
конструктивно-технологическая схема смесителя комбикормов периодического действия с комбинированным рабочим органом, позволяющим двухступенчатое смешивание компонентов;
поправочные коэффициенты, вводимые в аналитическое выражение подачи шнека смесителя и учитывающие конструктивные особенности комбинированного рабочего органа и параметры, определяемые экспериментальным путем;
конструктивно-технологические параметры смесителя, комплексно влияющие на неравномерность смеси, подачу шнека, энергоемкость смешивания, длительность перемешивания и определение их рациональных значений.
Практическая значимость работы.
Разработанный смеситель комбикормов периодического действия, за счет использования комбинированного рабочего органа, обеспечивающего двухступенчатое смешивание компонентов, перемешивает порции комбикорма массой 100...120 кг при внесении добавок массой более 1%. При меньшей доле добавок, в режиме предварительного смешивания, приготавливают концентрат массой 30 кг. Энергоемкость приготовления смеси при внесении добавок в количестве 1% составляет 3,23 кВт-ч/т. Смеситель обеспечивает равномерность смеси около 93,4%, снижение энергоемкости по сравнению СМ-1 на 53,5%, уменьшение приведенных затрат на 33,8%. При внесении добавок в количестве 20% смешивание производится 3 мин. при энергоемкости приготовления смеси 1,93 кВт-ч/т.
Опытный образец смесителя прошел производственную проверку и рекомендован актом хозяйственной комиссии к использованию.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту: конструктивно-технологическая схема смесителя комбикормов;
теоретические выражения по определению энергоемкости смесеобразования, производительности шнека смесителя, высоты загрузного отверстия и длины лопастей, уточненные значения поправочных коэффициентов;
функциональные зависимости влияния числа заходов шнека, его частоты вращения, длины, количества и диаметра лопаток и лопастей, высоты загрузного отверстия и зазора между кожухами, массы корма, доли контрольного компонента, способа загрузки компонентов смеси на неравномерность и длительность смешивания, энергоемкость смесеобразования и их рациональные значения.
Реализация результатов исследований.
Смеситель комбикормов испытан и внедрен в ООО "Подгорное" Мокшанского района Пензенской области. Результаты исследований приняты для распространения и внедрения Пензенским ЦНТИ.
Компьютерные программы инженерного расчета (на основе полученных ; математических зависимостей) смесителя, лабораторные установки и приборы используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» на ка- * федре «Механизация животноводства».
Апробация. Результаты исследований доложены и одобрены в 2002..2005 -гг. на научно-технических конференциях Пензенской ГСХА, на XIII Международной научно-практической конференции в ВИИТиН (г. Тамбов, 2005 г.), на Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию Самарской ГСХА (Самара, 2004 г.), на научно-практической конференции, посвященной 55-летию инженерного факультета Рязанской ГСХА (Рязань, 2005 г.), на Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию В.Г. Кобы (Саратов, 2006 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах объемом 1,6 п.л., из них автору принадлежит 0,6 п.л., 5 статей опубликовано без соавторов.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Классификация и анализ устройств для смешивания сыпучих кормов
Одно из основных условий эффективного использования кормов животными является сбалансированность рационов по питательным веществам, протеину, макроэлементами и микроэлементам. При оптимальном соотношении компонентов питательность рационов повышается на 8...12 % по сравнению с суммарной энергетической ценностью входящих в них компонентов. Так как при этом улучшаются переваримость и усвояемость кормосмесеи, то корма охотнее поедаются животными [15].
Для получения кормовых смесей применяются различные устройства, среди которых немаловажное значение в процессе приготовления кормов занимают смесители. В зависимости от заданной технологии приготовления кормов используются различные типы смесителей. Основным ограничительным критерием выбора конструкции смесителя по качеству выполнения технологического процесса принята в соответствии с технологическими нормами НТП-АПК 1.10.16.001-02 равномерность смешивания компонентов комбикорма приготавливаемого в хозяйстве не менее 90% [16, 19,20, 22].
Технологический процесс приготовления кормов начинается с подготовки сырья, который включает в себя очистку от примесей, измельчение (при необходимости), шелушение, сушку и подогрев жидких компонентов пред их внесением. Если для производства комбикормов используется большой набор компонентов, то при их использовании организуется непрерывно -поточная подготовка на специализированной линии [16].
Заключительными операциями технологии приготовления комбикормов являются дозирование и смешивание. В ряде случаев рассыпной комбикорм гранулируют. Однако операции дозирования и смешивания присутствуют в любом случае [16, 19]. ников СВ., Мерчапов СВ., Некрашевич В.Ф., Новобранцев Ф.К., Пахомов
СВ., Раскатова Е.А., Рощин П.М., Стукалкин Ф.Г., Сыроватка В.И., Фин келыптейн А.Ш., Хлыстунов В.Ф. и др. В результате исследований созданы основы технологии приготовления кормовых смесей и совершенствуется технологическое оборудование по приготовлению комбикормов [36, 37, 53...56,61,62,84]. Применяемые смесители классифицируются по следующим общим признакам: характеру процесса и способу смешивания, назначению, способу установки, а также виду рабочих органов (рисунок 1.10) [7, 19]. По характеру процесса смешивания смесители бывают непрерывного и периодического (порционного) действия. Наибольшее распространение получили смесители периодического действия [7].
В смесителях периодического действия смешивание компонентов ведется отдельными порциями. Такие смесители позволяют получать хорошее качество смеси благодаря возможности установления необходимой продолжительности смешивания (в зависимости от состава смеси) и весовому, наиболее точному дозированию компонентов. Это обусловило их широкое применение в комбикормовой промышленности, а также на животноводческих фермах, где они работают, как правило, в автоматическом и полуавтоматическом режиме [7, 19].
По способу смешивания смесители кормов делятся на смесители принудительного, свободного и смешанного действия. Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует: наиболее эффективны смесители принудительного действия, в которых смесеобразование происходит под воздействием специального рабочего органа - мешалки (рисунок 1.11) [16]. Эти смесители характеризуются большим разнообразием технологических и конструктивных схем. В зависимости от частоты вращения мешалок смесители делятся на тихоходные и быстроходные [6]. По расположению рабочего органа мешалочные смесители кормов подразделяются, главным образом, на горизонтальные и вертикальные. Смесители сухих концентрированных кормов По характеру протекания процесса I
Вертикальные смесители (в основном стационарные, специального назначения, работающие, как правило, в периодическом цикле) применяют на комбикормовых заводах, а также в стационарных, полустационарных и передвижных комбикормовых агрегатах, в отдельных случаях — для приготовления влажных кормовых смесей на животноводческих фермах, а так же в раздатчиках кормов [6, 7]. По способу загрузки смесители бывают с верхним и нижним заполнением [17,19, 8]. /з п is /в Рисунок 1.11 - Типы мешалок: 1, 2, 3 - шнековые; 4, 5 - лопастные; 6, 7, 8 - ленточные; 9, 10,11, 12-турбинные; 13, 14, 15, 16 - пропеллерные Основными технологическими недостатками смесителей этого типа являются их высокая чувствительность к влажности продукта, сводообразова-ние при смешивании и опорожнении бункера, а также явление сегрегации (сепарации) в процессе смешивания [6]. Горизонтальные смесители имеют большую высоту, просты в эксплуатации, допускают широкий диапазон изменения кинематических параметров в зависимости от свойств смешиваемых продуктов [6, 82].
Методологические основы и обоснование структурно-функциональной схемы смесителя сухих кормов
Проведенный анализ устройств для смешивания сухих компонентов кормосмесей и используемых для этого технологических линий позволил выявить процесс смесеобразования на основе вертикально-шнековых смесителей как наиболее эффективный способ приготовления сухих смесей.
Проведенный анализ имеющихся нормативных зоотехнических требований позволил определить места осуществления контроля за их соблюдением при выполнении технологических операций. В соответствии с нормами стандартов и руководящих документов [59, 60, 108, 109] используемые средства механизации приготовления сухих кормосмесей должны обеспечивать ряд требований:
- приготовление кормосмеси в необходимом количестве при соблюдении ее рецепта (обеспечивая должное значение массы компонентов в смеси с допустимыми для них отклонениями от нормы) и с надлежащим качеством (неравномерность смешивания /коэффициент вариации/, равномерность смешивания /однородность/) [108];
- обеспечение минимальной энергоемкости процессов [108].
Поэтому основными оценочными критериями функциональной схемы предлагаемого смесителя являются (рисунок 2.1): масса приготавливаемой смеси (производительность смесительного устройства) уіь у2ь доли компонентов в смеси; yl2, у22, у Із, у2з - качество смеси (неравномерность смешивания - коэффициент вариации, однородность смеси) для смесителя сухих кормов, полученные в результате перемешивания как первого, так и второго этапа смешивания.
Основными внешними воздействиями (входными факторами), оказывающими влияние на работу средств механизации, являются обобщенные статистические показатели fb f2, fj, fi+b fi+j характеризующие гранулометрический состав компонентов смеси и их физико-механические свойства [53]. А
Ад і ..i+j - устройства для дозирования компонентов сухой кормосмеси или комбикорма; Асмі - смесительное устройство предварительного смешивания; Асмг -смесительное устройство основного смешивания; f\, Ї2, fj, fi+i, fi+j - обобщенные статистические показатели, характеризующие гранулометрический состав кормов, поступающих на дозирование, их физико-механические свойства; Хді ... Хд+j - обобщенные значения внутренних факторов дозирующих устройств кормовых компонентов; Хсмь Хсмг - обобщенные значения внутренних факторов смесительных устройств предварительного и основного смешивания; уом..і+j, уог-i..i+j, уоз-u+j -масса кормовой порции компонента, поступающей на смешивание; отклонение от заданной массы по рецепту; неравномерность дозирования для дозаторов непрерывного действия; у 11, у2ь уЬ, у2г, уЬ, у2з - масса смеси (производительность смесительного устройства), погрешность долей компонентов в смеси, качество смеси (неравномерность смешивания - коэффициент вариации, однородность смеси); обобщенные показатели, характеризующий энергоемкость Уэ, материалоемкость и надежность Умн системы средств механизации приготовления кормов, в структурную схему условно не введены Выбор того или иного вида корма определяется рационом кормления животных, либо маркой комбикорма, приготавливаемого в смесителе [77]. Для приготовления кормолекарственных смесей, белково-витаминных добавок нередко применяется ступенчатое перемешивание смешиваемых компонентов [60, 108].
Для указанных целей, а также при непостоянной массе приготавливаемой смеси (изменяющейся в 3-4 раза относительно минимального значения) предлагается использовать смеситель, позволяющий приготавливать вначале первичную смесь, а затем по ее готовности добавляются кормовые компоненты и приготавливается смесь окончательно.
На значения оценочных критериев оказывают влияние внутренние факторы, обусловленные внутренней структурой и параметрами дозирующих и смесительных устройств. Таковыми являются конструктивно-кинематические параметры дозаторов и смесителей. При этом, основной задачей конструктора является определение оптимальных, либо рациональных:/ значений обобщенных параметров устройств Хді... Хд Хсмі, Хсм2 с целью доведения показателей yl( и у2 до значений, соответствующих рецепту, при соблюдении показателями yl2, у22, уЬ, у2з зоотехнических требований, и ! стремлении суммарных значений Уэ, YMH - к минимуму [53].
В связи с этим, требуется определение рациональных значений смеси-1 тельных устройств, обеспечивающих качественное перемешивание компонентов при соблюдении дозаторами подачи необходимых масс компонентов смеси, по возможности (минимальную) энергоемкость смесеобразования.
Таким образом, оценочными критерием работы средств механизации технологической линии приготовления и выдачи кормов является ряд факторов: Количественные — масса смешиваемых компонентов, время смешивания и цикла работы, производительность смесителя при смешивании и эксплуатационная. Энергетическим показателем используется потребная мощность привода и энергоемкость смесеобразования. Качественными показателями работы смесителя принято использовать равномерность (однородность) смеси. При несоблюдении зоотехнических требований на качественные показатели работы использование технических средств должно быть прекращено. Поэтому основными критериями оптимизации применяются качественные показатели технологического процесса, используемые также как ограничения. Дополнительным критерием оптимизации при исследованиях технологических процессов используется энергоемкость процессов, применяемых на участке соблюдения зоотребований [20].
Конструктивно-технологическая схема предложенного смесителя представлена на рисунке , а схема проведения его исследований на рисунке Состоит смеситель из вертикальной цилиндрической емкости 8 с конусообразным дном. В нижней части дна установлено выгрузное отверстие с заслонкой /. Сверху имеется загрузное отверстие закрываемое крышкой 9. Внутри установлен вертикальный двухзаходный шнек 6. Кожух шнека состоит из двух частей - нижней 4 и верхней 7, в промежутке между которыми имеется открытое пространство. В нижней части шнека и его средней части установлены цилиндрические перемешивающие лопатки 5 и лопасти 2, предотвращающие сводообразование в нижней части шнека.
Работает смеситель следующим образом. При открытии крышки 9 производится загрузка компонентов первичной смеси. Крышка 10 закрывается, включается привод смесителя и компоненты перемешиваются. Лопастями 2 смесь перемешивается и подается к шнеку б. Шнеком масса поднимается вверх, одновременно перемешиваясь. По мере пересыпания массы через кожух 4, она ссыпается вниз, образуя конусную поверхность. По мере ссыпания новых порций массы, подаваемых шнеком, происходит дополнительное перемешивание. При готовности первичной смеси останавливают привод и досыпают необходимые кормовые компоненты.
По мере увеличения объема смешиваемой массы траектория движения усложняется. Часть корма, поднимаемого шнеком 6, как и ранее пересыпается через кожух 4, а другая часть поднимается вверх и пересыпается через кожух 7. Часть корма подсыпается в шнек 6 под кожухом 7. Лопатки 5 перемещаясь в горизонтальной плоскости при вращении шнека дополнительно перемешивают массу. По мере готовности смеси, открывается заслонка 1 и готовая смесь выгружается из смесителя.
Теоретический анализ показателей работы смесителя (рисунок 2.3) позволяет получить на основе аналитических выражений и схемы последова тельности выполнения расчетов (рисунок 2.4) математическую модель, а численное компьютерное моделирование (Приложение А) с использованием экспериментально полученной технической характеристики смесителя - определить рациональные его параметры.
Программа и методика экспериментальных исследований
Экспериментальные и производственные исследования смешивания сухих концентрированных кормов проводились для определения рациональных конструктивных и кинематических параметров смесителя. Исходными данными для разработки программы исследований явились задачи исследований, теоретические разработки, результаты численного моделирования на ЭВМ, а также общая программа исследований с учетом рекомендаций Г.В. Веденяпина, СВ. Мельникова, В.П. Капустина и др. [63...65]. Программа экспериментальных исследований предусматривала: - изучение некоторых физико-механических свойств используемых кормов; - проведение исследований влияния конструктивно-технологических параметров смесителя сухих корма на качество смешивания кормовых компонентов, подачу материала вертикальным шнеком и затраты мощности на рабочий процесс; - проведение производственных исследований смесителя на производственном образце с получением технической характеристики устройства, в том числе влияния массы смеси и доли контрольного компонента на качество смешивания. Объектом исследований явился технологический процесс смешивания сухих компонентов корма и получение кормовой смеси с достаточной неравномерностью. Проведение лабораторных, экспериментальных и производственных исследований осуществлялось в соответствии с требованиями: РД 10.19.2.-90, НТП-АГЖ 1.10.16.002.-03, НТП-АПК 1.10.16.001.-02. [58...60, 63...70]. Структура экспериментальных исследований представлена на рисунке 3.1. Порядок проведения серий экспериментов по исследованию смесителя приведен на рисунке 3.2, при этом лабораторные поисковые исследования облегчают задачу определения его конструктивно-режимных параметров. где М - масса материала, выгруженная шнеком, кг; Т - время отбора навески, с; либо, М - масса порции приготовленной смеси, кг; Т - время приготовления порции смеси, с.
Различается техническая производительность (за время смешивания) и эксплуатационная (за время цикла работы). Время отсечки сбора материала контролировалось секундомером, масса отобранного материала замерялась на весах. Точность замера времени составляла ОД с, массы навески - 1 гр. Для исключения промахов была принята трёхкратная повторность опытов, при количестве контрольных точек для од-нофакторных зависимостей равном семи [59, 60, 63...70].
К энергетическим показателям относится мощность, затрачиваемая на работу смесителя (кВт), состоящая из мощности на смешивание компонентов корма и мощности на работу смесителя, без учета затрат мощности на перемещение корма (холостого хода). Мощность потребляемая электроприводом лабораторной установки [72, 21, 73] замерялась комплектом КИ-506. Ее величина, затрачиваемая на рабочий процесс, определяется из выражения:где N - мощность, затрачиваемая на процесс перемешивания компонентов корма, кВт; Nxx - мощность, затрачиваемая на привод конструкции при отсутствии материала (холостой ход), кВт.
Энергоемкость смешивания зависит от производительности смесительного устройства и затрачиваемой мощности (Nnp) на его работу. Она определяется как отношение затрачиваемой мощности к производительности смесителя (Дж/кг или кВт ч/т) [19, 71]: К качественным показателям смеси относится коэффициент вариации v (неравномерность смешивания) [21,58,68]. Качество смешивания кормов определяли по распределению контролируемого или контрольного компонента в 15...20 пробах, отобранных из всего объема смеси в порционном смесителе соответствующим пробоотборником. Повторность опыта - 3-х кратная. Масса пробы составляла 100 гр. В качестве контрольного компонента использовали зерна ячменя, вводимые в количестве 1% к массе готовой смеси [58]. В качестве наполнителя смеси применялась смесь пшеничной, ячменной и гороховой дерти при соотношении 1:1:1 с модулем помола 0,8 мм, плотностью вороха 590 кг/м . Степень однородности смеси определяют по величине отношения теоретического и опытного среднеквадратического отклонения (см. выр.1.5). Теоретическое среднеквадратическое отклонение определяется с учетом содержания массы контрольного компонента в пробе относительно его массы в пробе согласно рецепта смеси. Поэтому однородность смешивания зависит не столько от параметров конструкции смесителя, сколько от точности внесения кормовых компонентов дозатором в соответствии с рецептурой. Ввиду этого, в соответствие с РД 10.19.2.-90 [58], в качестве основного критерия качества процесса используется коэффициент вариации (неравномерность смешивания). Использовалась 3-х кратная повторность проведения опытов [63...70]. По G-критерию Кохрена проверяли воспроизводимость. Среднее значение полнофакторного плана (все сочетания) пытались описать линейной зависимостью. Если это не удавалось, то пользовались полиномом 2-го или 3-го порядка. В ряде случаев были вынуждены применять экспоненциальную или логарифмическую зависимость. Адекватность модели проверяли по F-критерию Фишера. Значимость коэффициента уравнения регрессии проверяли по t-критерию Стьюдента. Поскольку использовали автоматизированный расчет уравнений регрессий, то использованы натуральные значения факторов, что сразу позволяет получить графическое изображение полученной модели в натуральных значениях [69]. Обработка полученных результатов проводилась с помощью компьютерных программ Statistika 5.0 [69, 74, 68, 70], подготовка данных к статистической обработке - программой Excel.
Результаты исследований физико-механических свойств кормов и обоснование массы навески
При проведении исследований физико-механических свойств концентрированных кормов (смесь пшеничной, ячменной и гороховой дерти при соотношении 1:1:1) были получены следующие результаты: средневзвешенный размер частиц (модуль помола): dcp=0,8 мм; влажность корма составила W=12,8%; объемная масса 590 кг/м3; средняя плотность частиц корма 1030 кг/м3. Исследования гранулометрического состава представлены в таблице 3.4. Результаты по измерению коэффициентов трения (внутреннего и по стали) представлены в таблице 3.5. Коэффициенты трения корма Материал Угол внутреннего трения, град. Коэффициентвнутреннеготрения Угол тренияпо стали,град. Коэффициенттрения постали Смесь дерти 33 0,65 25 0,45 В процессе теоретических исследований установлено, что количество зерен влияет на расчетное значение неравномерности (коэффициента вариации) контрольного компонента в смеси. Для проверки данного предположения проводились опыты с различной массой навески. Это приводило к разному количеству зерен ячменя в пробе и влияло на значение неравномерности смеси (рисунок 4.1). Проведенные опыты с различными контрольными материалами (рисунок 4.2) подтвердили сделанные предположения. Характер зависимостей имеют вид гиперболы. На неравномерность смеси влияет не столько масса пробы, сколько количество зерен контрольного компонента в пробе. С увеличением количества зерен в контрольных пробах для одной и той же смеси значение неравномерности снижается. При количестве зерен менее 20 шт. резко увеличивается значение неравномерности, при большем количестве зерен неравномерность практически не меняется. Таким образом, при проведении опытов по смешиванию концентрированных кормов и использованию в качестве контрольного компонента зерна ячменя следует использовать навеску массой 100 г в которой количество зерен ячменя около 24 шт.
На неравномерность смешивания влияет также длительность перемешивания компонентов (рисунок 4.3). Учитывая, что доля контрольного компонента в смеси имеет случайный характер, то значения коэффициента вариации смеси (неравномерности) также будут колебаться в определенных пределах. Для получения более стабильных значений неравномерности и возможности сопоставления получаемых значений неравномерности при проведении разных опытов, для получения величины показателей матрицы плана использовались не прямые результаты эксперимента, а расчетное значение неравномерности, определенное для времени смешивания 20 мин. Так, для представленного опыта (рисунок 4.3) полученное значение составляет v=10,2%.
Обоснование рациональных параметров рабочих органов смесителя для получения предварительной смеси Для исследований процесса смешивания концентрированных кормов использовался лабораторный смеситель, представленный на рис. 3.5. План проведения исследований и уровни варьирования факторов представлены в таблице 3.2.
В результате исследований влияния массы перемешиваемых компонентов смеси М с течением времени перемешивания Т на неравномерность получаемой смеси (рисунок 4.4) выявлено, что лучшее качество смеси обеспечивается при обработке корма, массой 26..30 кг. То есть, данное значение массы более полно соответствует конструкции смесильного устройства, поэтому порция смеси, используемая в последующих опытах, соответствовала 30 кг. Независимо от массы корма, качество смеси с течением времени только улучшалось, поэтому рекомендуется увеличивать время смешивания до соблюдения зоотехнических требований. Однако, с учетом рекомендаций ВИЭСХ, длительность смешивания не должна превышать 20 мин [108]. Финальный остаток - 26,214439353, множественный коэффициент корреляции - Рисунок 4.4. Влияние массы смеси М (кг) и длительности смешивания Т (с) на неравномерность смеси v (%) Используя полученные данные по подачи шнека, выявлено влияние заходности шнека (рисунок 4.7) на значение поправочного коэффициента кх. Увеличение заходности винта снижает подачу шнека из-за увеличения площади контакта корма с витками шнека.
Похожие диссертации на Снижение энергоемкости приготовления комбикормов с обоснованием конструктивно-технологических параметров смесителя
