Обґрунтування параметрів комбінованого різального апарату навантажувача кормів

Рисунок 3.2 - Прорізні ножі

Рисунок 3.3 - Привідні ролики

Зусилля стиску регулювалося змінними вантажами, встановленими на кожусі віддільника, у межах 2...5 кН.

Величина відхилення прорізних ножів, змінювалася шляхом переміщення роликів у прорізах кронштейнів у межах 40...60 мм.

Крок ножів змінювався регулювальними втулками й шайбами.

Живлення електродвигуна здійснювалося від мережі змінного струму напругою 220/380 В. через щит управління, встановлений у кабіні трактора.

Рис. 3.4. Фрезерні ножі

У процесі дослідження вимірялися: зусилля на фрезерних і додаткових ножах, зусилля стиску, час досліду й переміщення віддільника, маса відділеного корму; задавалися: глибина фрезерування, подача й частота обертання, хід і крок додаткових ножів. Оцінювався гранулометричний склад відібраного корму в кожному досліді по масовому вмісту часток відповідної довжини.

Для вимірювання зусиль на фрезерних ножах, стійка одного з них оснащувалася тензорезисторами типу ПКБ, наклеєними на мостовій схемі. Перетворені сигнали механічних величин підсилювалися за допомогою підсилювача ТОПАЗ-З-01 і записувалися на світлочутливий папір осцилографом Н117.

Продуктивність визначалася взяттям проб за визначений час, фіксований секундоміром з ціною поділки 0,2 с., з наступним зважуванням.

Величина продуктивності визначалася по формулі:

де - маса відібраної проби корму;

- час взяття проби.

Знаючи загальну ефективну потужність досліду , обчислену по площі діаграми, і масу відділеного моноліту корму за одиницю часу , знаходимо енергоємність (критерій оптимізації для кожного рядка матриці).

Для визначення якості подрібненого корму після відділення бралися проби.

У відібраній пробі частки поділялися на класи згідно ОСТ 70.19.1-74, інтервали яких склали до 10 мм, 10...20 мм, 20...30 мм, 40...60 мм і понад 60 мм. Зважування часток кожного класу проводилося на аналітичних вагах із ціною поділки 0,05 г.

Оцінка вірогідності експериментальних даних проводилася із використанням теорії ймовірності і математичної статистики.

Перед реалізацією плану експерименту на відповідному виді корму визначалися його основні фізико-механічні характеристики: щільність, вологість і середня довжина часток і стебел, опір різанню, коефіцієнти тертя і бокового тиску, модуль пружності наведених в табл. 3.1.

Для визначення вказаних характеристик використані відомі методи, застосовані відповідно до умов процесу.

Таблиця 3.1 - Характеристика досліджуваних кормів

Корма	Строк зберігання, місяців	Висота забору проб, м	Вологість, %	Щільність, кг/м3	Середня довжина стебел, мм
силос кукурудзяний	9,5	4,0…4,5	70,3	610,0	96
		2,5…3,0	73,4	623,6
		1,0…1,5	75,8	636,0
сіно з люцерни	11	3,5…4,0	17,1	119,8	485
		2,5…3,0	18,9	126,5
		1,0…1,5	21,4	132,0

Коефіцієнти тертя визначалися [32] у діапазоні тисків 0,1...0,4 МПа й швидкостей 10...18 м/с. за методикою Омельченко А.А. для робочих поверхонь фрезерних і додаткових ножів.

3.2 Результати експериментальних досліджень енергоємності та якості подрібнення

Для дослідження процесу відділення стеблових кормів від монолітів і навантаження їх у транспортні засоби був визначений метод математичного планування багатофакторного експерименту [29...31].

У якості критеріїв оптимізації (параметрів) прийняті енергоємність, що характеризує досконалість технологічного процесу й ступінь подрібнення, оцінювана вмістом часток 40...60 мм у пробі відібраного типу корму: силосу кукурудзякого та сіна з люцерни.

Були відібрані п'ять факторів, які найбільш впливають на параметри оптимізації: швидкість фрезерування , зусилля стиску , глибина фрезерування , хід і крок додаткових ножів, ставився повний факторний експеримент. Рівні та інтервали варіювання факторів наведені в табл. 3.2.

Таблиця 3.2 - Фактори, інтервали й рівні варіювання

Фактори	Швидкість фрезерування м/с	Зусиллястиску , кН	Глибина фрезерування h, м	Крок ножів a, м	Хід ножів , м
Основний рівень	14,5	3,5	0,20	0,08	0,06
Інтервал варіювання ,	2,5	1,5	0,05	0,02	0,02
Верхній рівень	17,0	5,0	0,25	0,10	0,08
Нижній рівень	12,0	2,0	0,15	0,06	0,04
Зіркове плече:	18,4	5,8	0,28	0,11	0,09
	10,6	1,2	0,12	0,05	0,03

Для дослідження процесу прийнятий план другого порядку, що дозволяє одержати уявлення про функцію відгуку за допомогою полінома другого ступеня.

В цій області домінуюче значення має коефіцієнт регресії при квадратичних членах і ефектах взаємодії [30].

Для визначення оптимального сполучення факторів необхідно отримати математичний опис поверхонь відгуку, утворених енергоємністю - й ступенем подрібнення - .Найбільш зручним для досліджень є центральний композиційний рототабельний план, що дозволяє отримати рівномірну інформацію по всім напрямкам факторного простору [30]. Ядром плану є факторний експеримент, що включає 32 досліди. Для опису поверхні відгуку поліномом другого порядку, кожній змінній необхідно дати хоча б три значення.

У результаті реалізації плану отримаємо значення критеріїв оптимізації енергоємності - і ступені подрібнення - для силосу й сіна.

Відтворюваність процесу перевіряли за критерієм Кохрена.

Після розрахунків коефіцієнтів регресії перевіряли гіпотезу адекватності представлення результатів дослідів поліномом другого порядку.

Адекватність математичної моделі другого порядку перевіряли за допомогою критерію Фішера [30].

Для знаходження критерія Фішера й розрахунків значимості коефіцієнтів регресії побудували допоміжні таблиці й по їхніх результатах знайшли дисперсію неадекватності й дисперсію, що характеризує помилку досліду для досліджуваних видів кормів.

Значимість відмінності перевіряли по критерію Ст'юдента, обчисленому по формулі [30].

Після перевірки відтворюваності процесу значення критерііїв Кохрена дорівнюють:

для енергоємності:

для відокремлення силосу кукурудзяного від моноліту ;

для відокремлення сіна з люцерни від моноліту ;

для якості подрібнення - відповідно 0,07 і 0,045.

При числі незалежних оцінок дисперсії і числі степенів свободи кожної оцінки , табличне значення - критерію при п'ятивідсотковому рівні значимості дорівнює 0,30 [30].

У результаті перевірки отримано . Отже, однорідність оцінки дисперсій знаходиться в допустимих межах.

Рівняння регресії за результатами реалізації ортогонального плану для критеріїв оптимізації процесу відділення корму від моноліту в умовних змінних мають вигляд:

для силосу кукурудзяного:

для сіна з люцерни:

З отриманих рівнянь помітно, що найбільший вплив на енергоємність процесу виявляє фактор - глибина фрезерування. Зі збільшенням глибини фрезерування питома витрата енергії на відділення порції корму зменшується. З ростом цього фактора якість подрібнення корму погіршується.

Другим фактором по силі впливу на енергоємність відділення корму є - швидкість фрезерування. При збільшенні цього параметра енергоємність росте. Це пов'язано з тим, що збільшення значення даного фактора не приводить до зростання масової продуктивності робочого органа, а за рахунок росту частоти входження ножових елементів в масу збільшується робота різання. Збільшення швидкості фрезерування викликає додаткове подрібненнямаси.

Найменший коефіцієнт регресії в рівнянні (3.7) отриманий перед фактором - зусилля стиску, а в рівняннях (3.9; 3.10) перед фактором - глибина ходу ножів. Знак мінус перед ними означає, що зі збільшенням зусилля стиску при відборі силосу й ходу ножів при здрібнюванні сіна відбувається зменшення енергоємності процесу. Це пов'язане з тим, що в силу високої початкової щільності укладеної силосної маси, подальше зростання зусилля стиску зумовлює збільшення витрат енергії на привід додаткових ножів. При подрібненні сіна, збільшення ходу ножів призводить до мінімального зниження роботи на попереднє ущільнення маси в зоні відділення.

Другим після глибини фрезерування фактором, що впливаює на якість подрібненняє - крок ножів (відстань між ножами). Збільшення цього фактора спричинює погіршення якості подрібнення.

З парних взаємодій найбільш значимим для питомої енергоємності процесу відділення корму є ефект взаємодії факторів і на силосі й , на сіні.

Якщо два фактора одночасно будуть перебувати на різних рівнях, наприклад на верхньому, на нижньому для силосу або на верхньому, на нижньому для сіна, то функція відгуку буде зменшуватися за рахунок зниження роботи попереднього ущільнення маси в зоні відділення й збільшення глибини фрезерування.

Знак "мінус" перед ефектами взаємодій і , і означає, що якщо ці фактори будуть знаходитися на різних рівнях, то функція відгуку буде збільшуватися.

Для якості подрібнення найбільш значимим є ефект парної взаємодії факторів і (3.8; 3.10;). Якщо два фактора будуть перебувати на різних рівнях, то якість подрібнення буде поліпшуватися. Наприклад, якщо, - на нижньому, - на верхньому рівнях, то покращення якості відбудеться в силу додаткового перетинання часток корму лезом фрезерного ножа.

Інші ефекти парних взаємодій менш значимі.

Після розрахунку коефіцієнтів регресії перевіряли гіпотезу адекватності представлення результатів дослідів поліномом другого порядку.

Адекватність математичної моделі другого порядку перевіряли за критерієм Фішера [30].

Експериментальні значення критерія Фішера для моделей (3.7; 3.9) відповідно рівні: а для моделей (3.8; 3.10) - .

Табличне значення - критерія для умов експерименту при п'ятивідсотковому рівні значимості становить [30].

Оскільки в нашому випадку табличне значення - критерію більше обчислених, то гіпотезу про адекватність описану рівняннями (3.7…3.10) результатів експерименту можна вважати вірною з 95 %-ю надійністю.

Розрахункові значення критерію Стьюдента для моделей (3.7…3.10)

відповідно рівні: .

Табличне значення критерію Стьюдента при пятипроцентному рівні значимості [30]. Враховуючи, що ,то за другим критерієм гіпотезу про адекватність можна прийняти з 95 % ймовірністю.

Значимість більшості коефіцієнтів регресії при квадратичних членах і парних взаємодіях факторів підтвердила почакову гіпотезу про нелінійний характер досліджуваних функцій відгуку, що описують процес відділення стеблових кормів.

У розкодованому виді рівняння (3.7...3.10) мають вигляд:

для силосу кукурудзяного:

для сіна з люцерни:

Розрахункові дані, отримані за допомогою рівнянь добре узгоджуються з експериментальними. Наприклад, для умов восьмого досліду, проведеного при м/с, т., м., м., м, показники енергоємності для силосу й сіна по рівнянням складають: 0,7491; 1,2998 кВт.год/т, а якості подрібнення відповідно: 81,3 %, 79,9%. За результатами експерименту значення цих критеріїв дорівнюють: енергоємності - 0,7298; 1,3188 кВт. год/т., а якості подрібнення - 79,6 %; 78,4 %.

3.3 Оптимізація параметрів

Для визначення оптимальних значень факторів, що впливають на процес відділення, використовувався класичний метод аналізу, що полягає в розв'язку систем рівнянь частинних похідних від рівнянь регресії по кожному фактору.

Системи диференційних рівнянь, отриманих з рівнянь мають вигляд:

Cпільним розв'язком систем з п'яти рівнянь і аналогічно отриманих систем з рівнянь знайдемо координати центру в старих осях координат, а розв'язком рівнянь при підстановці в нього нових визначена величина параметрів оптимізації.

Розрахункові дані оптимальних значень факторів і критеріїв оптимізації зведені в табл.. 3.3.

Коpрдинатами центру поверхні є оптимальні значення факторів.

Таблиця 3.3 - Оптимальні значення факторів і критеріїв оптимізації

Показники	енергоємність, кВт.год/т	якість подрібнення, %
	Вид корму
	Силос кукурудзяний	Сіно люцернове
Число експериментальних точок	43	43	43	43
Кодовані оптимальні значення факторів:	-6,7875	0,1275	-6,9925	0,1225
	-0,2523	3,8000	-0,3512	-0,4000
	-3,8650	0,4081	-0,5053	8,9013
	0,1700	1,0410	5,2310	-0,0532
	0,7451	0,3532	-0,8671	-0,7225
Розкодовані оптимальні значення факторів , м/с	13,15	14,51	13,97	14,49
, кН	3,5	3,6	3,3	3,2
, м	0,18	0,21	0,165	0,155
, м	0,05	0,06	0,054	0,049
, м	0,11	0,10	0,063	0,068
Оптимальні значення критеріїв оптимізації	0,6250	1,1589	77,5	76,95

Рівняння регресії (3.7), представлене в канонічній формі має вигляд

Оскільки всі коефіцієнти при квадратичних членах мають позитивні знаки, то поверхня відгуку, описана рівнянням (3.7) являє собою п'ятимірний параболоїд з координатами центру поверхні (фактори відповідно мають значення: швидкість барабана 13,15 м/с; зусилля стиску 3,9 кН; глибина фрезерування 0,18 м; хід ножів 50 мм; крок ножів 110 мм). Центр фігури перебуває поблизу центру експерименту, тобто экстремум лежить у досліджуваній області, що підтверджує правильність вибору меж варіювання змінними.

Канонічний вид рівняння регресій запишемо:

По виду отриманого канонічного рівняння маємо також эліптичний параболоїд. Центр фігури знаходиться в області експерименту й поблизу апріорно обраного центру. На основі аналізу моделей (3.7 і 3.8) за допомогою двовимірних перерізів вирішувалося компромісне завдання, у якому було потрібно знайти значення факторів, що дають мінімум енерговитрат на відборі, при задовільній якості подрібнення.

Двовимірні перерізи поверхонь відгуку, що характеризують енергоємність і якість процесу відбору корму залежно від швидкості фрезерування () і від зусилля стиску спочатку побудовані при значеннях факторів на нульовому рівні. Підставивши значення і у рівняння (3.7) і (3.8), одержали:

Координати центрів поверхонь у старих осях визначаємо диференціюванням (3.19) і (3.20) по і й розв'язком спільно отриманих систем рівнянь:

Кути повороту нових осей координат відносно старих, до сполучення з головним осями фігури дорівнюють:

для моделі

для моделі

Підставивши) значення, одержимо значення питомих енерговитрат якості подрібнення корму в новому центрі поверхні відгуку; Тоді (3.19) і (3.20) у канонічній формі запишемо:

Підставляючи різні значення відгуків і в (3.21) і (3.22),одержимо рівняння відповідних контурних кривих поверхонь відгуків - еліпсів, що представляють cукупність спряжених ліній рівного значення показників енергоємності і якості подрібнення.

Результати розрахунків двовимірних перерізів наведені в таблицях 3.4 і 3.5.

Таблиця 3.4 - Дані для розрахунків координат основних точок при побудові двовимірних перерізів (енергоємність процесу)

Величина параметру	Швидкість фрезерування	Зусилля стиску
		м/с		кН
0,6450	0	12,88	0	3,60
0,65	0,4344	14,74	0,6325	4,15
0,66	0,7523	16,01	1,0954	4,66
0,67	0,9713	16,88	1,4142	5,31
0,68	1,1492	17,60	1,6733	5,71
0,69	1,3031	18,21	1,8974	6,05
0,70	1,4406	18,76	2,0976	6,35

Аналіз наведених сполучених двовимірних перерізів поверхонь відгуку (рис. 3.5) показує, що мінімальне значення показника енергоємності в розглянутому перерізі поверхні відгуку при інших факторах, зафіксованих на нульовому рівні, становить 0,645 кВт. год/т і має місце при швидкості фрезерування 12,88 м/с і зусиллі стиску 3,6 кН. Оптимальні значення факторів таким чином находяться в межах м/c і зусилля кН.

Таблиця 3.5 - Дані для розрахунків координат основних точок при побудові двовимірних перерізів (якість подрібнення)

Величина параметру	Швидкість фрезерування	Зусилля стиску
		м/с		кН
76,003	0	14,78	0	3,23
75	0,7407	15,46	0,8963	4,84
74	1,0484	16,08	1,2685	5,40
73	1,2843	16,76	1,5540	5,97
72	1,4832	17,31	1,7947	6,69
71	1,6583	17,93	2,0066	7,17
70	1,8167	18,54	2,1992	7,69



Рисунок 3.5 - Двовимірні перерізи поверхонь відгуку по факторах і

-- показник енергоємності;

- - - показник якості подрібнення.

Максимальна масова доля часток, що відповідають зоотехнічним вимо- гам відносно цих факторів в цьому ж перерізі складає 76,003 %. В області оптимуму фактори мають такі значення: швидкість фрезерування м/c, зусилля стиску - кН.

Аналогічно проведені розрахунки (Додаток 2…4) і побудовані двовимірні перерізи для силосу кукурудзяного (рис. 3.5…3.8).

Мінімальне значення показника енергоємності в перерізі області оптимуму відносно швидкості обертання барабана і глибини фрезерування при інших факторах, зафіксованих на нульовому рівні (рис. 3.6), складає 0,6280 кВт. год/т, а частинки розмірами 40...60 мм становлять 75,675 %.



Рисунок 3.6 - Двовимірні перерізи поверхонь відгуку по факторах і

-- показник енергоємності;

- - - показник якості подрібнення.

В області оптимуму рекомендовані наступні межі значень розглянутих факторів: швидкість фрезерування - м/с і м/с, і глибина фрезерування 0 і м Розглянуті двовимірні перерізи показують, що зі збільшенням швидкості фрезерування збільшується енергоємність процесу, а якість подрібненого продукту поліпшується, і навпаки, збільшення глибини фрезерування приводить до зменшення енергоємності й зниження якісного показника робочого процесу. Тому для вибору значень параметрів оптимізації можуть бути прийняті наступні межі розглянутих факторів:

швидкість фрезерування - м/с;

глибина фрезерування - м

На рис. 3.7 представлена залежність енергоємності і якості подрібнення від швидкості фрезерування і кроку ножів . Мінімальне значення параметра й максимальне значення в розглянутих перерізах поверхні відгуку при інших факторах зафіксованих на нульовому рівні, дорівнюють 0,6403 кВт.год/т і 75, 909 %, а область оптимуму знаходиться в межах:

швидкість фрезерування - м/с,

глибина фрезерування - м.

Рисунок 3.7 - Двовимірні перерізи поверхонь відгуку по факторам і

-- показник енергоємності;

- - - показник якості подрібнення.

При цьому збільшення відстані між пасивними ножами призводить до різкого погіршення якості подрібнення й зниженню енергоємності процесу

Аналізуючи рис. 3.8 бачимо, що мінімальне значення показника енергоємності процесу й максимальне процентне співвідношення часток (40...60 мм) у перерізі області оптимуму відносно зусилля стиску і глибини фрезерування при інших факторах, зафіксованих на нульовому рівні, відповідно складають 0,6644 кВт. год/т і 76,109 %, а область оптимуму знаходиться в межах:

зусилля стиску - кН;

глибина фрезерування - м.

Рисунок 3.8 - Двовимірні перерізи поверхонь відгуку по факторам і

-- показник енергоємності;

- - - показник якості подрібнення.

Оптимальні параметри, рекомендовані за результатами першого етапу досліджень математичних моделей , мають наступні значення:

Енергоємність процесу:

- швидкість фрезерування - 11, 0...15,0 м/с;

- зусилля стиску - 0,3...0,5 т;

- глибина фрезерування - 0,16...0,22 м;

- хід ножів - 0,04...0,06 м;

- крок ножів - 0,09...0,11 м.

Якість подрібнення:

- швидкість фрезерування - 0,135...0,175 м/с;

- зусилля стиску - 0,2...0,45 т;

- глибина фрезерування - 0,15...0,18 м;

- хід ножів - 0,04...0,06 м;

- крок ножів - 0,05...0,08 м.

При побудові двовимірних перерізів поверхонь відгуку розглядаються лише два фактори, а інші фіксуються на нульових рівнях, які можуть виявитися далекими від оптимальних.

Тому на другому етапі розв'язку оптимізаційної задачі, з метою уточнення значення параметрів, був проведений пошук умовного оптимуму. Змінюючи з визначеним кроком кожний з факторів і обраховуючи при всіх співвідношеннях факторів значення параметрів і можна знайти оптимальні умови протікання процесу. При дослідженні залежностей і була прийнята наступна схема розрахунків:

- показник якості подрібнення змінювався в межах 65...75 % в співвідношенні до зоотехнічних вимог;

- фактори змінювалися з визначеним кроком у межах інтервалів варіювання;

- для кожного співвідношення й прийнятого визначався "" (крок ножів) з рівняння (3.11);

- якщо значення "" знаходилось в межах інтервалу варіювання, то визначалася величина (енергоємність) згідно рівняння (3.12);

- отримане значення зрівнювалося з попереднім, а перше із прийнятим для зони оптимізації;

- якщо обчислене значення виявлялося менше, то воно запам'ятовувалося для виконання наступного кроку;

- виводилися па друк й значення , забезпечуючи одержання мінімальної енергоємності при заданій по зоотехнічним вимогах якості подрібнення.

Аналіз результатів обчислень показав, що при значеннях масової долі часток 40...60 мм у відділеній порції корму 70...75 % енергоємність процесу досягає 0,6383...0,6593 кВт. год/т.

3.4 Результати залежностей показників якості і енергетичності від основних параметрів віддільника

Процесу подрібнення кормів, як способу підготовки його до згодовування, надається виняткове значення, тому що це дозволяє, з однієї сторони, збільшити згодовування, а з іншої - зменшити енергетичні витрати організму.

Аналіз показників якості роботи віддільника проводився на досліджуваних кормах у процесі реалізації плану експерименту.

Результати фракційного аналізу при відділенні з подрібненням силосу, й сіна наведено в табл. 3.6 (у відсотках від маси подрібненого корму).

Проведені досліди показали, що фракції 40...60 мм складають 65...70 % відібраного корму від маси.

Таблиця 3.6 - Показники якості подрібнення кормів комбінованим різальним апаратом

Вид корму	Межі значень фракцій, мм
	0...40	40...60	60…80	80...100	Понад 100 мм
силос кукурудзяний	5,5	70	17,5	4,0	3,0
сіно з люцерни	4,0	66	23,0	5,0	2,0

Залежності ступеня подрібнення корму від швидкості, глибини фрезерування й кроку ножів показано на рис. 3.9...3.11. Поліпшення якісних показників (рис. 3.9) зі зміною швидкості фрезерування спостерігається до 16,0...17,0 м/с, а подальше її збільшення призводить до переподрібнення корму.

Рисунок 3.9 - Залежність якості подрібнення від швидкості барабана

Найбільший вплив на якість подрібнення продукту (рис. 3.10) має глибина фрезерування.

Рисунок 3.10 - Залежність якості подрібнення від глибини фрезерування

Найкращі якісні показники по контрольованій фракції отримані при глибині фрезерування, 0,16...0,17 м, з підвищенням якої масова доля часток у подрібненому продукті, що відповідають зоотехнічним вимогам, зменшується.

Головним параметром, що регулює якість подрібнення, є крок ножів (відстань між додатковими ножами). Збільшення кроку (рис. 3.11) спричинює погіршення якості подрібнення.

Рисунок 3.11 - Залежність якості подрібнення від кроку ножів

Визначальним фактором зменшення енергоємності є попереднє ущільнення маси, витрати якої рівні одній третій від загальних витрат енергії (рис 3.12).



Рисунок 3.12 - Залежність енергоємності процесу від зусилля стиску

Тому з доведенням до мінімуму цих витрат зменшується загальна енергія, затрачена на відділення корму. Із зростанням напружень у зоні відділення робота різання збільшується. Мінімальна енергоємність спостерігалася в межах завантаження робочого органа до 4,0...6,0 кН.

Зі збільшенням глибини фрезерування енергоємність процесу зменшується (рис. 3.13).

Рисунок 3.13 - Залежність енергоємності процесу від глибини фрезерування

Із збільшенням ходу ножів від 0,03 м до 0,07 м енергоємність зменшується (рис. 3.14).

Рисунок 3.14 - Залежність енергоємності процесу від ходу ножів

Однак при значеннях вище м подальше її зменшення не спостерігається, тому що погіршуються умови транспортування й збільшується циркуляція відділеної маси (рис. 3.13).

При подальшому збільшенні ходу ножів енергоємність починає збільшуватися. Це свідчить про те, що на глибині більше 0,07 м, напруження під лезом ножа різко збільшуються, вимагаючи підвищених витрат енергії.

3.5 Продуктивність і енергоємність процесу

Продуктивність комбінованого різального апарату визначалася хронометруванням і зважуванням відібраної маси на технічних вагах.

Величина експериментальної або фактичної продуктивності менше теоретичної: Залежності й від швидкості фрезерування і глибини фрезерування зображені на рис. 3.15.



Рисунок 3.15 - Графіки теоретичної й експериментальної продуктивності залежно від швидкості барабана й глибини фрезерування

У результаті проведених досліджень визначена продуктивність комбінованого різального апарату на різних видах кормів. Вона становить за 1 год.

Чистої роботи:

- для силосу кукурудзяного - 19,8 т/год;

- для сіна люцернового - 7,0 т/год.

Фактичну продуктивність можна зв'язувати з теоретичною співвідно-шенням:

де - коефіцієнт пропорційності.

За результатами експериментальних досліджень отримані значення коефіцієнта , знаходяться у межах 0,75...0,85.

У результаті аналізу даних експериментальних досліджень отримані залежності зміни енергоємності від продуктивності при змінних факторах, наведених на рис. 3.16.

Рисунок 3.16 - Залежності енергоємності процесу від продуктивності при змінних: 1 - швидкість барабана; 2 - зусилля на різальний апарат; 3 - глибина фрезерування; 4 - глибина ходу ножів; 5 - крок ножів.

При відділенні силосу кукурудзяного при зростаючих значеннях факторів зі збільшенням продуктивності енергоємність процесу знижується. Однак, по досягненню величини продуктивності 18,0...20,0 т/год і значеннях факторів , що відповідають їй, отримана мінімальна енергоємність при допустимій якості подрібнення. При більш високих значеннях продуктивності, спостеріга-ється ріст енергоємності й погіршення якісних показників.

Експериментальне дослідження процесу подрібнення стеблових кормів від монолітів комбінованим різальним апаратом дозволяє зробити наступні висновки:

Зниження витрат енергії на процес подрібнення стеблових кормів від монолітів можливо за рахунок попереднього його ущільнення й утримання в зоні фрезерування в стиснутому стані.

Дослідження методом планування експерименту допомогло одержати математичну модель технологічного процесу подрібнення кормів, оцінити ступінь впливу факторів і їх взаємодії на характер його протікання.

Аналіз математичних моделей дозволив установити, що на енергоємність процесу найбільше впливають: швидкість і глибина фрезерування, а також величина зусилля стиску, на якісні показники - глибина фрезерування й крок ножів.

При оптимальних значеннях факторів була отримана продуктивність комбінованого різального апарату:

для силосу кукурудзяного - 19,8 т/год;

для сіна люцернового - 7,0 т/год.

Середня енергоємність процесу подрібнення корму складає:

для силосу кукурудзяного - 0,6383 кВт. год/т;

для сіна люцернового - 1,2273 кВт. год/т.

Масова частка часток 40...60 мм у кормі, відібраному в оптимальному режимі роботи, перебувала в межах 70...75 % і забезпечувала оптимальну роботу навантажувачів.

Висновки

На підставі проведених досліджень можна зробити наступні висновки:

Застосовані для навантаження стеблових кормів мобільні навантажувачі типу ПСК-5,0 і ФН-1,4 не універсальні, мають високу енергоємність (1,47 і 4,0 кВт. год/т), низьку продуктивність і нестабільні якісні показники.

У силу пружно-в'язких властивостей кормових монолітів витрата енергії на попереднє ущільнення їх у зоні руйнування становить 25…35 % від роботи відділення.

Запропонований комбінований різальний апарат забезпечує утримання моноліту додатковими ножами постійним стискальним зусиллям і дозволить знизити енергоємність процесу в 2,0…2,5 рази.

Застосування на віддільнику додаткових ножів дозволяє регулювати якісні показники процесу й забезпечує вихід фракцій 40...60 мм у відділеному кормі, що відповідатиме зоотехнічним вимогам.

Отримані аналітичні залежності дозволять з достатньою для практичних цілей точністю визначити основні параметри комбінованого різального апарату.

У результаті аналітичного й експериментального досліджень отримані раціональні параметри й режими роботи комбінованого різального апарату навантажувача кормів:

крок ножів - 0,075 м,

глибина фрезерування:

для силосу - 0,18 м,

для сіна - 0,21 м,

швидкість фрезерування:

для силосу - 0,13…0,15 м/с,

для сіна - 0,14...0,165 м/с,

зусилля попереднього стиску:

для силосу - 3,0...4,5 кН,

для сіна - 4,0...5,5 кН,

хід ножів:

для силосу - 0,04…0,05 м,

для сіна - 0,05...0,06 м,

Масова продуктивність комбінованого різального апарату:

для силосу кукурудзяного - до 19,8 т/год,

для сіна люцернового - до 7,0 т/год,

Енергоємність процесу навантаження:

- для силосу кукурудзяного - 0,6383 кВт•год/т,

- для сіна люцернового - 1,2273 кВт •год/т,

7. Запропонована методика інженерного розрахунку дозволяє з урахуванням отриманих аналітичних і експериментальних залежностей, розрахувати по заданій продуктивності його головні конструктивні й режимні параметри.

8. Техніко-економічна оцінка показала доцільність створення й застосування навантажувача стеблових кормів з комбінованим різальним апаратом, що забезпечує: зниження енергоємності процесу в 2,0...2,5 рази і затрат праці на 31 %; одержання економічного ефекту в розмірі 24060 грн. в рік на одну машину.

Список використаної літератури

1. Механизация робот на животноводческих фермах / Авраменко А.А., Омельченко А.А., Пононмарев Ф. И (3-е издание) / Под ред. А.А. Омельченко. - К.: Урожай, 1974. - 432 с.

2. Смолин А. Заготовка консервированных кормов // Агровісник Україна. - 2006. - №11/12. - с. 54-56.

3. Хворостянов Л.И. Исследование и обоснование параметров отдели- теля стационарного выгрузчика консервированных кормов из траншей: Автореф. канд. дисс., Волгоград, 1980. - 30 с.

4. Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1981...1990 годы. // Животноводство. - М.: ЦНИИТЭИ, 1981. - 615 с.

5. Алексенко Н.П. Исследование и обоснование параметров рабочего органа погрузчика стебельных кормов: Автореф. канд. дис., Волгоград, 1979. - 24 с

6. Сокольник П.Д. Теоретические и экспериментальные исследования погрузчика непрерывного действия для стебельных кормов: Автореф. канд. дисс., Харьков, 1974. - 30 с.

7. Тимонин В.Д. Исследование технологического процесса забора и измельчения грубых кормов из скирд измельчающими аппаратами погрузчиков измельчителей маятникового типа: Автореф. канд. дисс., Ростов-на-Дону, 1972. - 26 с.

8. Хрупов А.А. Проблемы и перспективы заготовки кормов // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. - 2008. - №7. - с. 60-65.

9. Кужільний Г.Я. Заготовка консервированных кормов // Агровісник Україна. - 2006. - №11/12. - с. 54-56.

10. Ковбасюк П. Технологія заготівлі якісного високопоживного силосу // Пропозиція. - 2009. - №8. - с. 76-78.

11. Шевченко Ю.М., Кошовий Е.А. Механізація заготівлі, приготування і роздачі кормів. - К.: Урожай, 1980. - 240 с.

12. Крамаренко А.Н. Исследование технологического процесса выемки грубых кормов и силоса из хранилиц рабочими органами погрузчиков непрерывного действия: Автореф. канд. дисс., Волгоград, 1971. - 26 с.

13. Ермохин Г.И. Экспериментальное исследование ротационного питателя типа фрезбарабана для выемки и погрузки силоса: Автореф. канд. дисс., Омск, 1969. - 31 с.

14. Горячкин В.П. Собр.сочинений в 3-х томах. - М.: Колос, т. І, 1968. - 720 с.

15. Горячкин В.П. Собр.сочинений в 3-х томах. - М.: Колос, т.ІІ, 1968. - 455 с.

16. Горячкин В.П. Собр.сочинений в 3-х томах. - М.: Колос, т. ІІІ, 1968. -384 с.

17. Особов В.М. Машины для уплотнения сено-соломистых материалов. - М.: Машиностроение, 1974.

18. Карпенко М. Перспективна технічна політика в галузі механізації заготівлі стеблових кормів в Україні // Пропозиція. - 2005. - №4. - с. 116-118.

19. Белянчиков Н.Н., Смирнов А.И. Механизация животноводства и кормоприготовления. - М.: Агропромиздат, 1990. - 432 с.

20. Завражнов А.И., Николаев Д.И. Механизация приготовления и хранения кормов. - М.: Агропромиздат, 1990. - 336 с.

21. Батищев В.Д. Погрузчики для выемки силоса из горизонтальных хранилищ // Сельское хозяйство за рубежом. - 1981. - № 3. - с. 43-48.

22. Заїка П.М. Теорія с/г машин Том 2 (ч.1). Машини для заготівлі кормів. - Х.: Око, 2003. - 360 с.

23. Сулима М.А. Энергоемкость процесса резания стебельных кормов // Научные труды Курского СХИ. - 1970. - т. 6, вып. 7. - с. 60-62.

24. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. - 576с.

25. Кукуджанов В.Н., Кандауров В.И. Численное решение неодномерных задач твердого деформируемого тела // Механика. Новое в зарубежнюй науке. - М., 1975. - с. 39-84.

26. Кутепов А.П. Влияние уплотнения в процессе резания // Труды Саратовского института механизации с/х. - 1970. - вып. 43. - с. 144-147.

27. Механизадия и автоматизация животноводческих ферм. - Л.: Колос, 1978. -559 с.

28. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводчества / Под ред. С. В. Мельникова. - М.: Агропромиздат, 1985. - 336 с.

29. Адлер Ю.П., Маркова В.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1971. - 283 с.

30. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.

31. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. - М.: Машиностроение, 1981. - 182 с.

Додаток 1

Технологічні схеми й технічні характеристики робочих органів навантажувачів

Продовження додатку 1

Продовження додатку 1

Размещено на Allbest.ru