VLIYaNIE ChASTOTY VRAShchENIYa MEShALKI I DLINY EE LOPATOK NA KAChESTVO SMESI

Full Text

Развитие животноводства требует улучшения кормовой базы, в том числе используя качество приготавливаемой смеси [1, 9]. Повышение качества смеси требует как внесения в объем приготавливаемой порции смеси всех потребных питательных элементов и кормовых компонентов, заложенных рецептом приготовляемой смеси, так и равномерного распределения компонентов по всему объему приготавливаемого корма. Равномерность распределения частиц компонентов смеси определяется конструкцией и работой смесителей [2, 3]. Согласно зоотехническим требованиям, для сухих смесей равномерность (однородность) распределения компонентов должна быть не менее 90 % (НТП АПК 1.10.16.001-02 Нормы технологического проектирования кормоцехов для животноводческих ферм и комплексов). Цель исследований - повышение качества приготавливаемой смеси и обоснование конструктивно-технологических параметров лопастного смесителя периодического действия. Задачи исследований - установление функциональных зависимостей качества приготавливаемой смеси и эмпирического коэффициента интенсивности смешивания, учитывающего длину лопаток, от числовых значений частоты вращения мешалки и длины лопаток порционного смесителя, а также обоснование рациональной длины лопаток мешалки. Материалы и методы исследований. Одним из эффективных типов существующих смесителей, качественно перемешивающих ингредиенты смесей, являются лопастные смесители периодического действия [2, 3, 4]. Разработанный лопастной смеситель изображен на рисунке 1 [5]. Он выполнен в виде вертикальной емкости 2 диаметром D, внутри которой на днище и в крышке, в установленных подшипниковых опорах 6 (на рисунке 1 показана одна опора), установлен вращающийся вертикальный вал 1. Внутри емкости у нижней опоры 6 на валу 1 крепится лопастная мешалка 5. Ее лопасти 4 расположены радиально и повернуты под углом a относительно горизонтальной плоскости. На концах лопастей 5 установлены накладки - лопатки 3. При вращении мешалки 5 компоненты смеси вовлекаются как во вращательное движение в горизонтальной плоскости, так и циркулируют в вертикально-радиальной плоскости: лопастями 4 мешалки частицы смеси откидываются от вала к стенкам емкости 2, далее лопатками 3 частицы поднимаются вверх и скатываются вниз по образуемой воронке материала к нижней части вращающегося вала 1. По завершении такта смешивания в результате циркуляции частиц материала, загруженного в емкость 2, образуется смесь. Методика исследований соответствовала СТО АИСТ 19.2-2008 (СТО АИСТ 19.2-2008 Сельскохозяйственная техника. Машины и оборудование для приготовления кормов. Порядок определения функциональных показателей). При определении качества смеси контрольным компонентом были зерна ячменя с долей 1 % от массы смеси. Количество взятых проб - 20 шт., с массой пробы 100 г. Длительность смешивания компонентов смеси 120 с. В качестве критерия качества приготовленной смеси использовался показатель - неравномерность смеси n, как коэффициент вариации содержания контрольного компонента в пробах [7]. Обработка данных результатов исследований осуществлялась компьютерной программой Statistica. Результаты исследований. В работе [5] опубликованы результаты проведенных исследований, описанные полиноминальной функцией второго порядка. При этом изменение частоты вращения мешалки соответствовало интервалу n=500…1000 мин-1, а длина лопаток, крепящихся на лопасти, соответствовала размеру L=0…75 мм (0…0,075 м). Часть длины лопаток накладывается на лопасть шириной ls=D/60=15 мм. Поэтому увеличение площади контакта лопастно-лопаткового рабочего органа мешалки с материалом было пропорционально не полной длине L, а только дополнительной длине лопатки (L`=L-ls, мм). Рис. 1. Принципиальная схема смесителя: 1 - вал; 2 - емкость; 3 - лопатки; 4 -- лопасть; 5 - мешалка; 6 - подшипниковая опора Полиноминальное уравнение регрессии неравномерности смеси n , %, (рис. 2) описывалось выражением [5]: n=153,9891-1,8906 L`-0,18455 n+0,003108 (L`)2+5,34 E-05 n2+0,001933×L`×n. (1) Коэффициент корреляции расчетных и опытных значений соответствует R=0,9203119. Повышение частоты вращения мешалки и увеличение длины лопаток улучшает качество смеси. На рассматриваемом интервале значений факторов (частота вращения от 300 до 1000 мин-1, длина лопаток, накладываемых на лопасти, от 0 до 80 мм) лучшее качество смеси наблюдается при частоте вращения около 400 мин-1 и наибольшей исследованной длине лопаток L` (т. е. 75…80 мм). Согласно графику функции полиноминальной модели второго порядка (1) (рис. 2) при частоте вращения 1000 мин-1 и длине лопаток 70…80 мм незначительно (в пределах погрешности) снижается качество смеси. Рис. 2. Двухмерное сечение поверхности отклика неравномерности смеси n (%) в зависимости от частоты вращения n (мин-1) и длины лопаток L` (мм) Ряд авторов рекомендует использовать для описания качества смеси не полиноминальную, а показательную функцию [6]. Тогда равномерность смеси Vp (0,01%) запишется: (2) где k - эмпирический коэффициент интенсивности смешивания (рис. 3); Т - длительность смешивания компонентов смеси, с [7]. При этом показатель равномерность смеси (как «относительная равномерность» [7], 0,01%) можно записать через коэффициент вариации n (0,01%) содержания контрольного компонента в пробах: . (3) Коэффициент вариации контрольного компонента в смеси (неравномерность смешивания) nnL (рис. 4, a), 0,01%: , (4) где L` - длина лопаток вне лопастей, м; n - частота вращения мешалки, мин-1. Коэффициент корреляции расчетных и опытных значений неравномерности смешивания составил R=0,96709. а б Рис. 3. Влияние частоты вращения мешалки n (мин-1) и длины лопаток L` (м) на функцию показателя степени показательной функции качества смеси: а - двухмерное сечение поверхности отклика; б - пространственное изображение поверхности отклика а б Рис. 4. Влияние частоты вращения мешалки n (мин-1) и длины лопаток L` (м) вне лопастей: а - на неравномерность смеси nnL, 0,01%; б - на равномерность смеси VpnL, 0,01% Равномерность смеси VpnL (0,01%) описывается выражением (рис. 4, б): . (5) Увеличение частоты вращения наиболее интенсивно влияет на качество смеси. При частоте вращения менее 500 мин-1 качество смеси резко ухудшается. Наилучшее качество смеси (соответствует технологическим требованиям) при частоте вращения мешалки более 800 мин-1 и длине лопаток лопастей не менее 0,035 м. На исследуемом участке наилучшее качество при длине лопаток вне лопастей 0,06 м и частоте мешалки около 1500 мин-1. В работах [5, 8] были обоснованы параметры мешалки смесителя: n=340 мин-1 и L`=0,06 м. На основании соотношения функции степени для переменных частоты вращения и угла установки лопастей с обоснованными параметрами в функции степени показательной функции рассчитано выражение эмпирического коэффициента интенсивности смешивания, учитывающего влияние длины лопаток и частоты вращения (рис. 5): . (6) Рис. 5. Влияние частоты вращения мешалки n (мин-1) и длины лопаток L` (м) вне лопастей на эмпирический коэффициент, учитывающий длину лопаток KnL Характер изменения значений эмпирического коэффициента интенсивности смешивания, учитывающего влияние длины лопаток и частоты вращения, соответствует вышеуказанным тенденциям изменения качества смеси. С улучшением качества смеси числовые значения коэффициента снижаются. Заключение. Качество приготавливаемой смеси описывается показательной функцией в зависимости от частоты вращения мешалки и длины лопаток порционного смесителя. Увеличение длины лопаток и частоты вращения мешалки повышает качество смеси. С ростом длины лопатки уменьшается улучшение качества смеси. Рекомендуемая длина лопаток вне лопастей составляет 60 мм (75…80 мм с учетом ширины лопастей). Функциональная зависимость эмпирического коэффициента интенсивности смешивания, учитывающего длину лопаток, для показательной функции качества смеси имеет вид гиперболы от числовых значений частоты вращения мешалки и длины лопаток порционного смесителя. С ростом частоты вращения и длины лопаток абсолютные величины эмпирического коэффициента интенсивности смешивания, учитывающего влияние длины лопаток, снижаются, постепенно замедляясь.

About the authors

Mariya Vladimirovna Fomina

Email: sha_penza@mail.ru

Aleksey Vladimirovich Chupshev

Email: sha_penza@mail.ru

Vyacheslav Petrovich Teryushkov

Email: sha_penza@mail.ru

Vladimir Viktorovich Konovalov

Email: konovalov-penza@rambler.ru

References

Supplementary files