Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ІМЕНІ ПЕТРА ВАСИЛЕНКА

УДК 621.929.7

ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ дозування та розробка конструкції конусного дозатора БІОЛОГІЧНО Активних Кормових Добавок

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Щур Тарас Григорович

Харків 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Бойко Іван Григорович, Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, доцент кафедри механізації тваринницьких ферм.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Рибак Тимофій Іванович, Тернопільський державний технічний університет ім. І.Пулюя, завідувач кафедри технічної механіки і сільськогосподарського машинобудування.

кандидат технічних наук, доцент Бакум Микола Васильович, Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, завідувач кафедри сільськогосподарських машин.

Захист відбудеться,,23”листопада 2009 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 в Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

Автореферат розісланий,,22”жовтня 2009 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради О.Д. Черенков

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Важливою умовою зниження собівартості виробництва конкурентноспроможної продукції тваринництва є годівля тварин і птиці повноцінними кормами, збалансованими за поживними речовинами, вітамінами та мікроелементами. Особливе місце при цьому займає збагачення кормів біологічно активними кормовими добавками (БАКД), які дозволяють підвищити перетравлюваність кормів на 20-25%, скоротити їх витрати на одиницю продукції до 20%, реалізувати генетичний потенціал сучасних порід тварин і кросів птиці.

Аналізом попередніх досліджень встановлено, що основним напрямком удосконалення технології збагачення комбікормів є підвищення якості дозування БАКД за рахунок удосконалення конструкцій дозаторів, тому що існуючі дозатори не можуть забезпечити норму внесення добавок в кількості 0,05…0,5% від маси комбікормів.

Тому обґрунтування параметрів технологічного процесу дозування та розробка нової конструкції дозатора для БАКД, який задовольнятиме зоотехнічні вимоги збагачення комбікормів є актуальною науково-прикладною задачею для розвитку тваринницької галузі України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відповідності: з Державною цільовою програмою «Реалізація технічної політики в агропромисловому комплексі на період до 2011 р.»; з регіональною програмою «Найважливіші проблеми АПК на період до 2011 р.»; з розділом комплексної теми науково-дослідних робіт ХНТУСГ ім. Петра Василенка «Розробка та вдосконалення технологічних процесів виробництва продукції тваринництва та засобів механізації їх виконання на період 2006-2010рр.»; з науково-дослідною роботою «Обґрунтування параметрів процесу дозування та розробка конструкції конусного дозатора біологічно активних кормових добавок» (ДР №0106 U008970, 2006-2011рр.).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності процесу дозування біологічно активних кормових добавок шляхом розробки конструкції і обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів нового конусного дозатора.

Для досягнення поставленої мети визначені наступні завдання дослідження:

- провести аналіз існуючих дозаторів сипучих матеріалів, результатів теоретичних і експериментальних досліджень процесу дозування та визначити напрямки удосконалення їх конструкцій;

- створити математичну модель рівноваги сипучого матеріалу в бункері розробленого конусного дозатора і визначити граничні умови його висипання;

- розробити математичну модель нелінійної динаміки руху частинок сипучого матеріалу по робочих каналах подавального конуса дозатора;

- розробити технологічну схему конусного дозатора з безперебійним надходженням сипучого матеріалу в зону формування дози та підтриманням в ній постійної щільності;

- виконати експериментальні дослідження та визначити якісні показники технологічного процесу дозування та оптимальні конструктивно-режимні параметри розробленого конусного дозатора, з урахуванням механіко-технологічних властивостей БАКД;

- розробити, виготовити, впровадити і провести виробничі випробування розробленого конусного дозатора, визначити техніко-економічну ефективність його використання.

Об'єкт дослідження: технологічний процес дозування біологічно активних кормових добавок, зв'язок його з конструктивно-кінематичними параметрами конусного дозатора і механіко-технологічними властивостями кормових добавок. конусний дозатор бункер висипання

Предмет дослідження: обґрунтування параметрів процесу дозування біологічно активних кормових добавок конусним дозатором.

Методи дослідження: теоретичні дослідження виконані із застосуванням основних законів динаміки, фундаментальних положень теорії пружності, теорії суцільного середовища і сучасних методів моделювання. Експериментальні дослідження проведені на виготовлених експериментальних установках. Обробка результатів експериментальних досліджень виконана з використанням положень теорії ймовірності і математичної статистики. Для визначення оптимального співвідношення значень параметрів процесу використана методика планування багатофакторного експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів:

- для забезпечення висипання БАКД із бункерів з круглими випускними отворами визначені нові закономірності зміни напруженого стану БАКД як пружного середовища, що визначає зони всебічного його стискання-розтягування в залежності від параметрів бункера і механіко-технологічних властивостей матеріалу [4; 5];

- для керування та розрахунку технологічних показників процесу дозування математичним моделюванням нелінійної динаміки руху частинок БАКД вперше побудовані поверхні подавального конуса і його робочих каналів та отримані залежності змін відносної швидкості частинок від конструктивно-кінематичних параметрів конуса [6; 7];

- для оцінки впливу розробленого конусного дозатора на якість процесу дозування БАКД вперше виконано комплексне обґрунтування його конструктивно-кінематичних параметрів з урахуванням механіко-технологічних властивостей добавок та технологічних показників процесу [1-3; 8].

Практичне значення одержаних результатів.

Запропонована і обґрунтована нова конструктивно-технологічна схема конусного дозатора, яка знижує нерівномірність дозування БАКД до 2,6%.

На підставі результатів досліджень розроблена методика проектування і розрахунку конусного дозатора БАКД та визначення його конструктивно-режимних параметрів.

Розроблене та виготовлене лабораторне устаткування для оцінки якості роботи дозаторів використовується в навчальному процесі на кафедрі «Механізація тваринницьких ферм» ХНТУСГ ім. Петра Василенка.

Результати проведених досліджень та конструкторська документація конусного дозатора сипучих матеріалів впроваджені на ДП ДАК «Хліб України», «Кременчуцький комбінат хлібопродуктів». Виробничі випробування розробленого конусного дозатора проведені в ПСП «Нива» Коропського району Чернігівської області при збагаченні комбікормів БАКД у вигляді ферменту МЕС-СХ-2 (на основі протисубтиліну). Економічний ефект від зниження експлуатаційних витрат в господарстві склав 6596 грн, додатковий, за рахунок збільшення продуктивності тварин, - 151488 грн.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи здобувачем одержані особисто. У наукових працях, які виконані у співавторстві, особистий внесок наступний: [1, 3, 9, 10] - виконано аналіз способів дозування сипучих матеріалів та пристроїв для їх реалізації і запропонована нова конструкція конусного дозатора; [2] - розроблено обладнання для випробування дозаторів сипучих матеріалів і запропонована методика виконання експериментальних досліджень; [6] - виконано теоретичне дослідження руху матеріальної частинки по робочому каналу подавального конуса розробленого дозатора; [8] - виконані експериментальні дослідження та проведено обробку результатів.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідались: на ІІІ, ІV, V, VІ міжнародних науково-практичних конференціях (МНПК) «Технічний прогрес в АПК» (ХНТУСГ ім. Петра Василенка, Харків, 2005-2008 рр.); на міжнародному форумі молоді «Молодежь и сельскохозяйственная техника» (ХНТУСХ им. Петра Василенко, Харьков, 2005 г.); на VII МНПК «Науково-технічні засади розробки, випробування та прогнозування сільськогосподарської техніки і технологій» (УкрНДІПВТ ім. Л.Погорілого, смт. Дослідницьке, 2005 р.); на 17-ій МНПК «Белагро-2007» (БГАТУ, Минск, 2007 г.); на МНПК «Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки» (ДДАУ, Дніпропетровськ, 2007 р.); на МНПК «Сучасні проблеми землеробської механіки» (ННЦ ІМЕСГ, Глеваха, 2007 р.); на VI МНПК «Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки» (ХНТУСГ ім. Петра Василенка, Харків, 2007 р.); на МНПК «Сучасні проблеми землеробської механіки» (ЛНАУ, Львів - Дубляни, 2008 р.).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані у 8 наукових статтях в тому числі у 7 фахових виданнях, 3 публікації виконано самостійно. Одержано 2 патенти України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 134 найменувань і 8 додатків. Повний обсяг дисертації викладено на 194 сторінках комп'ютерного тексту (основна частина - 157 сторінок), містить 40 рисунків, 10 таблиць і додатків на 37 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, приведений зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами, сформульовані мета, завдання досліджень, викладено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі наведено аналіз відомих досліджень процесу дозування сипучих матеріалів та конструкцій дозаторів, визначені напрямки і поставлені завдання на проведення робіт щодо інтенсифікації процесу дозування.

Дослідженню процесів дозування сипучих матеріалів присвячені роботи Ю. Д. Відінєєва, П. М. Василенка, І. І. Ревенка, Г. М. Кукти, Л. Я. Степука, А. А. Артюшина, В. В. Шацького, В. Я. Черкуна, М. В. Брагинця, Л. М. Куцина, Р. М. Рогатинського, В. І. Сироватки, К. В. Алфьорова, С. П. Орлова, Т. І. Рибака, І. Г. Бойка та інш.

Моделювання процесів, які виникають в дозаторах при висипанні сипучих матеріалів, розглянуті в наукових роботах П. М. Заїки, К. В. Алфьорова, Р. Л. Зенкова, П. Н. Платонова, Л. Я. Степука, О. О. Співаковського, Л. М. Куцина, В. П. Коваленка, І. Г. Бойка та інш.

Проведеним аналізом досліджень процесів дозування сипучих матеріалів, способів дозування та конструкцій дозаторів встановлено, що перспективним напрямком підвищення якості дозування є створення конструкцій з безперебійним надходженням сипучого матеріалу в зону формування дози та підтримання в ній постійної щільності. При цьому слід звернути увагу конструкції наддозаторного бункера та дозувального пристрою, від яких залежить нерівномірність дозування.

Для досягнення цього розроблено конусний дозатор (рис.1).

Безперешкодне надходження БАКД на подавальний конус 5 забезпечується за рахунок порушення зв'язку між стаканом 2 і добавками гвинтовою спіраллю 7. При цьому, зворотна навивка спіралі додатково переміщає сипучий матеріал вгору вздовж стінок стакана 2, забезпечуючи постійну щільність сипучого матеріалу в зоні формування дози, чим і досягається підвищена точність дозування. Задана продуктивність дозатора забезпечується зміною положення стакана 3 відносно диска 4.

Таким чином, необхідно вирішити наукове завдання з обґрунтування параметрів процесу дозування БАКД розробленим конусним дозатором.

У другому розділі наведені теоретичні дослідження процесу дозування, які передбачають вирішення осесиметричної задачі про рівновагу пружного стану сипучого середовища в конічному наддозаторному бункері та створення математичної моделі нелінійної динаміки руху частинок сипучого матеріалу по робочому органу розробленого конусного дозатора.

Для моделювання нелінійної динаміки сипучих кормових добавок в конічному бункері приймаємо тривимірну змішану задачу теорії пружності з основним рівнянням рівноваги:

, (1)

де - об'ємні (масові) сили; - тензор напруження,

, (2)

де - коефіцієнт Ляме; - коефіцієнт Пуассона; Е - модуль Юнга; - тензор деформацій; - дилатація, яка визначається як слід тензора деформацій; - одиничний тензор.

Рис. 2. Розрахункові схеми конічного бункера з круглим випускним отвором: а) - за фізичною сутністю; б) - перетин бункера напівплощиною при формулюванні осесиметричної крайової задачі

Для подальшого розв'язку прийняті наступні припущення та граничні умови:

- середовище є пружним, що повністю заповнює об'єм бункера і вільні межі і лежать в площинах (рис. 2);

- на середовище діє сила тяжіння інтенсивності у напрямку, паралельному осі бункера;

- переміщення на твердих стінках бункера відсутні, а напруга на вільних поверхнях і дорівнює нулю;

- вирішення задачі має осьову симетрію;

- граничні умови на поверхні : першого роду: ; другого роду: , () із заданими розподілами по поверхні переміщень і напруження на поверхні .

З урахуванням вищевказаного варіаційне рівняння потенційної енергії тіла має вид:

, (3)

де - компонент віртуального тензора деформацій , - віртуальні переміщення точок тіла, які перетворюються в нуль на тій частині межі , на якій переміщення задані.

Спрощенням (3) одержуємо кінцеве варіаційне рівняння:

, (4)

де - контраваріантні компоненти вектора; - змішаний тензор деформацій.

Для розв'язання варіаційного рівняння (4) використано наближений метод Канторовича, прийнято наступні умови:

- умови на твердих стінках бункера зводяться до відсутності на них переміщень: ;

- умова непарності радіальних переміщень і парності вертикальних переміщень:

.

Оптимальна задача зводиться до системи двох диференціальних рівнянь з граничними умовами.

Тоді маємо систему диференціальних рівнянь другого порядку:

(5)

і граничні умови на кінцях інтервалу []:

.

Тут

; ;

;;

;

.

Середня напруга визначається за формулою:

. (6)

Після розв'язання математичної моделі одержані нові закономірності зміни напруженого стану сипучого матеріалу в різних місцях бункера розробленого дозатора. Визначеним перерозподілом напруження середовища виявлено: його зростання від зовнішньої стінки до центра у верхній частині бункера 390…420 Па (на 70-80%), від нижньої до верхньої основи бункера - до 722 Па. Аналізом результатів моделювання встановлено, що збільшення радіусу вихідного отвору в діапазоні, що досліджується (R₀=0,005…0,02 м), веде до збільшення напруження середовища сипучого матеріалу в бункері на 5-7% і пояснюється ущільненням матеріалу, що залишається в бункері. Повне висипання сипучого матеріалу з бункера спостерігається при радіусі вихідного отвору бункеру R₀?0,008 м.

Приймаючи до уваги будову конусного дозатора слід відзначити, що формування і рух потоку сипучого матеріалу відбувається в робочих каналах подавального конуса ротора (рис. 3) при його обертанні. Тому моделювання руху частинок сипучого матеріалу складатиметься з двох етапів: визначення будови поверхні подавального конуса та встановлення рівняння динаміки руху частинки.

Крива CD (рис. 3, б) має вигляд сплайна, що описується поліномом третього ступеня по змінній :

, (7)

де

- коефіцієнти; , - радіуси більшої і меншої основи ротора (рис.3, б), відповідно; - висота ротора; - похідна .

В якості параметрів поверхні подавального конуса прийнято циліндричний радіус і кут : .

Вектор одиничної зовнішньої нормалі (рис.3, а) до визначається:

. (8)

Рівняння кривої L у векторному вигляді має вигляд:

(9)

де - полярний кут, областю зміни якого є інтервал , де визначає кількість обертів кривої L навколо ротору; .

Диференціальне рівняння динаміки частинки сипучого матеріалу є виразом другого закону механіки у вигляді:

, (10)

де - маса частинки сипучого матеріалу;

=+ +- абсолютне прискорення, де - переносне прискорення при постійному векторові миттєвої кутової швидкості: , де - радіус-вектор точки в системі координат, - відносне прискорення: , - коріолісове прискорення: , де - вектор відносної швидкості, направлений по дотичній до траєкторії відносного руху L, ( - орт осі );

- головний вектор зовнішніх сил, представлений: силою тяжіння , силою сухого тертя частинки об канал і силою реакції зв'язку , направленою перпендикулярно до траєкторії відносного руху, де , - коефіцієнт тертя.

Векторне рівняння динаміки частинки сипучого матеріалу:

, (11)

а проекції на напрями векторів (рис.3, а) мають вигляд:

, (12)

, (13)

, (14)

Значення абсолютної швидкості визначається як модуль вектора:

, (15)

де - векторний добуток: ;

- радіус-вектор точки В: ;

- відносна швидкість в точці В на виході з каналу.

Модуль абсолютної швидкості дорівнює:

, (16)

де ф_k - дотичний вектор.

Об'ємна продуктивність розробленого дозатора визначається за формулою:

, (17)

де S - площа вихідного отвору; - середня швидкість потоку сипучого матеріалу при сході з подавального конусу; n_k - кількість каналів.

Розв'язком математичної моделі одержані: поверхні подавального конуса ротора розробленого дозатора (рис.4) в залежності від його конструктивно-кінематичних параметрів та механіко-технологічних властивостей добавок; закономірності змін відносної швидкості частинок БАКД від їх положення на робочому конусі (рис.5).

Аналізом результатів встановлено, що відносна швидкість частинок БАКД залежить від крутизни поверхні конуса в вершині, що характеризується значенням похідної F'(R₃) (z₁=1…3), та кількості обертів каналу л навколо поверхні конуса. Відносна швидкість частинок БАКД по мірі їх проходження по каналу конуса збільшується від 0,08 м/с до 0,83 м/с. Максимальні значення швидкості одержані при кількості обертів каналу навколо поверхні конуса 0,25…0,75. Нелінійна зміна швидкості частинок БАКД по мірі руху їх в каналі конуса пояснюється гальмуванням. Це є наслідком збільшення сил тертя завдяки збільшенню пологості поверхні конуса.

Рис. 4. Тривимірні поверхні подавального конуса ротора розробленого дозатора: а) - z₁ = 1; б) - z₁ = 2; в) - z₁ = 3 ( м; м; м; ; рад/с;)

Одержані значення відносних швидкостей частинок сипучого матеріалу на виході з ротора при 0,25…0,75 склали 0,74…0,84 м/с. Збільшення кількості витків робочого каналу навколо конуса ротора веде до зниження відносної швидкості частинок сипучого матеріалу на виході з ротора на 17,9%, а збільшення кутової швидкості ротора від рад/с до рад/с веде до збільшення відносної швидкості частинок сипучого матеріалу на виході з ротора на 16,25%.

У третьому розділі приведено програму та методику проведення експериментальних досліджень конусного дозатора.

Експериментальні дослідження процесу дозування БАКД розробленим конусним дозатором проведені на установці, що показана на рис.6

Розроблена методика і автоматизована вимірювальна система (рис. 7) для експериментального визначення напруженого стану БАКД за висотою бункера, яка складалася із тензорезисторного датчика, перетворювача сигналів тензодатчика в стандартний сигнал типу ГСП ПА-1, аналогово-цифрового перетворювача, блоку живлення і персонального комп'ютера

У четвертому розділі за результатами експериментальних досліджень проведена перевірка адекватності теоретичних досліджень і приведені результати виконання багатофакторного експерименту.

Експериментально підтверджено, з довірчою ймовірністю 95%, адекватність математичної моделі з визначення напруженого стану БАКД в наддозаторному бункері (рис. 8), оскілки експериментальний критерій Фішера менше теоретичного (К_фе=0,15<К_фт=3,75).

Експериментально визначені механіко-технологічні властивості сучасних БАКД, що дозволяє враховувати їх значення при моделюванні процесів дозування. Зокрема: коефіцієнти тертя по сталі склали 0,32…0,46; коефіцієнти внутрішнього тертя - 0,61…0,82; діаметри склепоутворюючого отвору - 4…11 мм, насипні щільності - 870…1250 кг/м³; коефіцієнти Пуассона - (0,29…0,32); модуль Юнга Е = (1,03…1,14) 10⁶Па.

Аналізом залежностей (рис. 9) встановлено, що збільшення висоти вивантажувального отвору до 5 мм веде до зростання продуктивності дозатора з 1,2 кг/год до 12,6 кг/год (у 10,5 разів) і питомої енергоємності дозування з 31 Вт•год/кг до 54 Вт•год/кг (у 1,74 рази); зменшення нерівномірності дозування з 2,6% до 1,6% (у 1,62 рази).

Оптимальні значення процесу дозування розробленим конусним дозатором складають: нерівномірність дозування 1,7…2,1%; продуктивність дозатора - 3,6…8,4 кг/год; енергоємність дозування - 37…54 Вт•год/кг.

Одержана нерівномірність дозування задовольняє технологічні вимоги внесення БАКД в комбікорми при заданих нормах. При цьому енергоємність дозування розробленого конусного дозатора у 5,5-8,1 разів менша ніж тарілчастого МТД-3А (300 Вт•год/кг).

Розбіжність результатів експериментальних досліджень продуктивності з теоретичними складає 3 - 5%, що є підтвердженням адекватності створеної математичної моделі нелінійної динаміки руху частинки сипучого матеріалу по поверхні подавального конуса розробленого конусного дозатора.

Плануванням багатофакторного експерименту отримані рівняння регресії з критеріями оптимізації:

- нерівномірність дозування:

н = 2,6011 - 0,0046 x₁ - 0,2325 x₂ - 0,3604 x₃ + 0,0308 x₁₂ - 0,1833 x₁₃ -

- 0,0158 x₂₃ + 0,1022 x₁² + 0,2903 x₂² + 0,1992 x₃², (18)

- продуктивність дозатора:

Q = 5,5678 + 1,8087 x₁ + 0,0542 x₂ + 4,6479 x₃ + 0,055 x₁₂ + 0,0192 x₁₃ +

+0,045 x₂₃ + 0,1572 x₁² + 0,0703 x₂² + 0,4355 x₃². (19)

- питома енергоємність дозування:

=33,2333 + 3,6875 x₁ + 0,1361 x₂ + 8,6042 x₃ + 0,1439 x₁₂ +

+1,2753 x₁₃ - 0,0523 x₂₃ + 0,6771 x₁² + 0,1625 x₂² + 1,2229 x₃². (20)

Встановлені оптимальні конструктивно-кінематичні параметри розробленого конусного дозатора: частота обертання ротора (x₁) щ=29...31 рад/с; кількість витків робочого каналу (x₂) л=0,48…0,55; висота вивантажувального отвору (x₃) h=2,9…3,2 мм. При цьому нерівномірність дозування добавок складає: н=2,3…2,6%, продуктивність - Q=3,6…8,4 кг/год, енергоємність =32…36 Вт год/кг.

У п'ятому розділі приведені результати впроваджень, виробничих випробувань і розрахунки техніко-економічної ефективності застосування розробленого конусного дозатора.

На підставі результатів досліджень розроблена методика технологічного розрахунку конструктивно-кінематичних параметрів розробленого конусного дозатора, технологічна схема збагачення комбікормів БАКД і виробничий зразок конусного дозатора. Експлуатація розробленого конусного дозатора у виробничих умовах підтвердила високу ефективність його роботи.

Результати досліджень та робочі креслення відцентрового змішувача з конусним дозатором згідно з госпдоговірною темою передані до ДП ДАК «Хліб України» «Кременчуцький комбінат хлібопродуктів».

Виробничі випробування конусного дозатора проведені в ПСП «Нива» Коропського району Чернігівської області при змішуванні комбікормів з БАКД у вигляді ферменту МЕС-СХ-2 (на основі протисубтиліну) для 3000 голів свиней на відгодівлі.

Виробничими випробуваннями розробленого конусного дозатора підтверджена якість процесу дозування БАКД. Вона відповідає зоотехнічним вимогам, а нерівномірність дозування не перевищує 2,6%. Питомі енерго- і металоємності процесу дозування, знижені: з 0,66 кВт•год/кг до 0,05 кВт•год/кг (у 13,2 разів); з 104 кг/кг/год до 8,8 кг/кг/год (у 11,8 разів), відповідно. Експлуатаційні витрати знижені з 15,28 грн/кг до 13,78 грн/кг (у 1,2 рази). Річний економічний ефект від використання розробленого конусного дозатора в ПСП «Нива» Коропського району Чернігівської області при порівнянні з серійним дозатором МТД-3А склав: від зниження експлуатаційних витрат - 6596 грн.; додатковий, за рахунок збільшення продуктивності тварин на 151488грн.

ВИСНОВКИ

У дисертації приведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, що виявляється в обґрунтуванні параметрів процесу дозування біологічно активних кормових добавок, як процесу дозування пружного середовища з всебічним розтягуванням-стисканням, в математичному моделюванні процесу з безперервною подачею сипучого матеріалу та стабілізацією його щільності в робочій зоні формування дози. Це дозволило підвищити якісні показники процесу дозування добавок при відносно малих нормах їх внесення.

Головними підсумками виконаної роботи є наступні результати:

1. Проведеним аналізом результатів відомих досліджень процесів, способів і конструкцій дозаторів сипучих матеріалів встановлено, що існуючі конструкції дозаторів не задовольняють вимоги щодо дозування біологічно активних добавок: мають недостатню точність дозування та високу енергоємність, розраховані на значні продуктивності. Розроблено новий конусний дозатор з безперервною подачею сипучого матеріалу та стабілізацією його щільності в робочій зоні формування дози, який задовольняє поставлені вимоги і забезпечує необхідну нерівномірність процесу дозування біологічно активних добавок. Для визначення конструктивних параметрів розробленого дозатора виконані теоретичні та експериментальні дослідження, які дозволяють розраховувати технічні показники процесу дозування.

2. Виконаними теоретичними дослідженнями та побудованими математичними моделями рівноваги сипучого матеріалу в бункері та нелінійної динаміки руху частинок по робочих каналах подавального конуса обґрунтовано технологічні характеристики процесу дозування та визначені конструктивно-кінематичні параметри конусного дозатора.

3. Визначеним перерозподілом напруження сипучого середовища з урахуванням його механіко-технологічних властивостей встановлено: його зростання від зовнішньої стінки до центра у верхній частині бункера з 390 до 420 Па (на 70-80%), від нижньої до верхньої основи бункера - до 722 Па, повне висипання БАКД з бункера спостерігається при радіусі вихідного отвору в межах R₀?8 мм.

4. Розв'язанням математичної моделі динаміки руху частинок сипучого матеріалу одержані поверхні подавального конусу за умови забезпечення максимальної швидкості частинок на виході, які складають V=0,74…0,84 м/с при кількості витків 0,25…0,75 та закономірності їх зміни від кутової швидкості обертання ротора в межах щ=20…30 рад/с.

5. Для моделювання процесів дозування експериментально визначені механіко-технологічні властивості сучасних БАКД: коефіцієнти тертя по сталі - f = 0,32…0,46; коефіцієнти внутрішнього тертя 0,61…0,82; діаметри склепоутворюючого отвору - d_ск = 4…11 мм; насипної щільності -
с = 870…1250 кг/м³; коефіцієнти Пуассона (0,29…0,32); модуль Юнга
Е = (1,03…1,14) 10⁶ Па.

6. Використанням розробленого експериментального конусного дозатора забезпечені:

- допустимі нерівномірності дозування 2,3…2,6% та продуктивність розробленого дозатора 3,6…8,4 кг/год, які задовольняють технологічні вимоги внесення біологічно активних кормових добавок в комбікорми;

- збільшення висоти вивантажувального отвору подавального конуса від 1 мм до 5 мм веде до зростання продуктивності дозатора з 1,8кг/год до 10,6 кг/год (у 5,8 разів) та зниження нерівномірності дозування з 2,6% до 1,6% (у 1,62 рази).

7. Аналізом експериментальних досліджень закономірностей зміни енергоємності дозування встановлено:

- значення питомої енергоємності дозування знаходяться в межах 37…54 Вт•год/кг, що у 5,5 - 8 разів менше за поширеного серійного тарілчастого дозатора МТД-3А (300 Вт•год/кг);

- збільшення висоти вивантажувального отвору подавального конусу до 5 мм веде до зростання енергоємності дозування з 31 Вт•год/кг до 54 Вт•год/кг (у 1,74 рази), що відбувається паралельно зі збільшенням продуктивності дозатора;

- розбіжність результатів експериментальних досліджень продуктивності з теоретичними складає 3…5%, що підтверджує адекватність створеної математичної моделі динаміки руху частинки сипучого матеріалу по поверхні подавального конуса розробленого дозатора.

8. Комплексним аналізом результатів теоретичних та експериментальних досліджень і проведеного багатофакторного експерименту визначені оптимальні значення конструктивно-кінематичних параметрів розробленого конусного дозатора, при нерівномірності дозування добавок н=2,3…2,6 %, продуктивності Q=3,6…8,4 кг/год: кутова швидкість обертання ротора щ=29..31 рад/с; кількість витків робочого каналу л=0,48…0,55; висота вивантажувального отвору h=2,9…3,2 мм.

9. Виробничими випробуваннями розробленого конусного дозатора встановлено: якість процесу дозування БАКД відповідає зоотехнічним вимогам, нерівномірність дозування не перевищує 2,6%; питомі енерго- і металоємності процесу дозування, знижені: з 0,66 кВт год/кг до 0,05 кВт•год/кг (на 92,4%); з 104 кг/кг год. до 8,8 кг/кг год. (на 91,5%) відповідно; а експлуатаційні витрати з 15,28 грн/кг до 13,78 грн/кг (у 1,1 разів). Річний економічний ефект від використання розробленого конусного дозатора в ПСП «Нива» Коропського району Чернігівської області при відгодівлі 3000 голів свиней в порівнянні з серійним дозатором МТД-3А склав: від зниження експлуатаційних витрат - 6596 грн.; додатковий, за рахунок збільшення продуктивності тварин - 151488 грн.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бойко І. Г. Аналіз конструкції дозаторів сипучих кормів і основний напрямок їх удосконалення / І. Г. Бойко, О. П. Скорик, О. М. Русальов, Т. Г. Щур // Механізація с.г. виробництва: Вісник ХНТУСГ. Харків: ХНТУСГ, 2004. Вип. 29. С. 347 - 350.

2. Щур Т. Г. Методика експериментальних досліджень дозатора мікроелементів / Т. Г. Щур, І. Г. Бойко // Вдосконалення технологій та обладнання виробництва продукції тваринництва: Вісник ХНТУСГ. Харків, 2005. Вип. 42. С. 37 - 39.

3. Бойко І. Г. Обґрунтування напрямків удосконалення конструктивних рішень дозаторів мікроелементів / І. Г. Бойко, Т. Г. Щур // Збірник наукових праць УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого. Дослідницьке, 2005. Вип. 8. С. 138 - 142.

4. Щур Т. Г. Теоретичне дослідження рівноваги і руху сипучого матеріалу в бункерах з круглими отворами / Т. Г. Щур // Механізація с.г. виробництва: Вісник ХНТУСГ. Харків: ХНТУСГ, 2007. Т. 1, Вип. 59. С. 307 - 316.

5. Щур Т. Г. Метод вирішення задачі про рівновагу шару сипучого матеріалу в бункері / Т. Г. Щур // Вдосконалення технологій та обладнання виробництва продукції тваринництва: Вісник ХНТУСГ. Харків: ХНТУСГ, 2007. Вип. 62. С. 289 - 298.

6. Щур Т. Г. Підвищення надійності руху сипучих кормів в спірально-гвинтовому дозаторі / Т. Г. Щур // Проблеми надійності машин та засобів механізації с.г. виробництва: Вісник ХНТУСГ. Харків: ХНТУСГ, 2008. Вип. 69. С. 421 - 427.

7. Щур Т. Г. Результати експериментальних досліджень дозатора біологічно активних кормових добавок / Т. Г. Щур, І. Г. Бойко // Вісник Львівського національного аграрного університету: Агроінженерні дослідження. Львів: ЛНАУ, 2008. Т.2, № 12. С. 389 - 394.

8. Пат. №19992 Україна, МПК GO1F 11/00. Дозатор сипучих матеріалів / Бойко І. Г., Щур Т. Г. u 200605866; заявл. 29.05.06; опубл. 15.01.07, Бюл. № 1. c-3.

9. Пат. 86538 Україна, МПК GO1F 11/00. Відцентровий змішувач сипучих компонентів / Бойко І. Г., Щур Т. Г. а 200801430; заявл. 04.02.2008; опубл. 27.04.2009, Бюл. № 8.c-3.

10.Бойко И. Г. Теоретическое исследование движения материальной частицы по рабочему каналу подающего конуса спирально-винтового дозатора / И. Г. Бойко, Т. Г. Щур // Доклады республиканской научно-практической конференции на 17-й Международной специализированной выставке «Белагро-2007». Минск, 2007. С. 52 - 57.

АНОТАЦІЯ

Щур Т. Г. Обґрунтування параметрів процесу дозування та розробка конструкції конусного дозатора біологічно активних кормових добавок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка. Харків, 2009.

У дисертації вирішене наукове завдання, яке направлене на підвищення якості процесу дозування біологічно активних кормових добавок (БАКД) при збагаченні комбікормів шляхом застосування розробленого конусного дозатора. Задана точність дозування розробленого конусного дозатора забезпечується за рахунок безперешкодного надходження БАКД до робочого органу дозатора і створення постійної щільності в зоні формування дози. Продуктивність розробленого дозатора визначається висотою вивантажувального отвору - положенням рухомого стакана.

Для розрахунку технологічних показників продуктивності та якості процесу дозування побудовані математичні моделі рівноваги БАКД в бункері та динаміки руху частинок добавок по робочому каналу подавального конуса ротора розробленого дозатора.

Визначені оптимальні значення конструктивно-кінематичних параметрів розробленого конусного дозатора, при яких нерівномірність дозування н=2,3…2,6 %, а продуктивність Q=3,6…8,4 кг/год.

Ключові слова: кормові добавки, процес дозування, конусний дозатор, ефективність дозування.

АННОТАЦИЯ

Щур Т. Г. Обоснование параметров процесса дозирования и разработка конструкции конусного дозатора биологически активных кормовых
добавок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко. Харьков, 2009.

В диссертации решено научное задание, направленное на повышение качества процесса дозирования БАКД путем применения разработанного конусного дозатора.

Перспективным направлением повышения качества дозирования является способы и дозаторы, которые обеспечивают бесперебойную подачу сыпучего материала в зону формирования дозы и поддерживают в ней постоянную плотность. Рабочий орган разработанного дозатора выполнен в виде конуса, на котором выполнены рабочие каналы в виде углублений по винтовой линии. Для нарушения связи между стаканом и сыпучим материалом установлена винтовая спираль, которая также обеспечивает постоянную плотность материала в зоне формирования дозы. Это обеспечивает точность дозирования, а изменение высоты выгрузного отверстия (положение телескопического стакана) - заданную производительность.

Для расчета технологических показателей производительности и качества процесса дозирования построены математические модели равновесия сыпучего материала в бункере и нелинейной динамики движения частиц добавок по рабочему каналу ротора разработанного дозатора.

Анализ полученного перераспределения напряжений среды в коническом бункере позволил установить его конструктивные параметры, при которых происходит полное истечение сыпучего материала, с учетом механико-технологических свойств БАКД.

Полученные поверхности подающего конуса и закономерности изменения относительной скорости частиц позволили оптимизировать конструктивно-кинематические параметры ротора разработанного дозатора.

Теоретические исследования выполнены с использованием основных законов динамики, фундаментальных положений теории сплошных сред и современных методов моделирования, с использованием вычислительной техники.

Для определения эффективности процесса дозирования: производительности дозатора, неравномерности и энергоемкости дозирования, предложены экспериментальные методы и приспособления. Экспериментально установлены механико-технологические свойства современных биологически активных кормовых добавок. Обработка результатов экспериментальных исследований выполнена с использованием положений теории вероятности и математической статистики. Полученные результаты экспериментов согласуются с данными теоретических исследований с расхождением 3...5%, что подтверждает адекватность построенных математических моделей процесса дозирования разработанным конусным дозатором.

Комплексным анализом результатов теоретических и экспериментальных исследований и проведенного многофакторного эксперимента, рекомендованы оптимальные значения конструктивно-кинематических параметров разработанного конусного дозатора: угловая скорость вращения ротора щ=29...31 рад/с; количество витков рабочего канала л=0,48…0,55; высота выгрузного отверстия h=2,9…3,2 мм. При этом неравномерность дозирования н=2,3…2,6 %, производительность - Q=3,6…8,4 кг/год.

Производственные испытания разработанного дозатора, проведены в ПСП «Нива» Коропського района Черниговской области при смешивании комбикормов с биологически активной добавкой в виде фермента МЕС-СХ-2 (на основе протисубтилина) для свиней на 3000 голов. Установлено, что неравномерность дозирования, равная 2,6 % отвечает зоотехническим требованиям. Эксплуатационные затраты снижены с 15,28 грн/кг до 13,78 грн/кг (в 1,1 раза). Годовой экономический эффект от использования конусного дозатора, по сравнению с серийным дозатором МТД-3А, составил: от снижения эксплуатационных затрат - 6596 грн.; дополнительный, от повышения продуктивности животных - 151488 грн.

Результаты проведенных исследований и конструкторская документация конусного дозатора внедрена на ГП ГАК «Хлеб Украины» «Кременчугский комбинат хлебопродуктов».

Ключевые слова: кормовые добавки, процесс дозирования, конусный дозатор, эффективность дозирования.

SUMMARY

Shchur T.G. Ground of parameters of process of dosage and development of construction of cone metering device biologically active forage additions. - Manuscript.

Dissertation on the receipt of scientific degree of candidate technical sciences on speciality 05.05.11 - Machines and facilities of agricultural of production mechanization. Kharkov National Technical University of Agriculture named Peter Vasilenko. Kharkov, 2009.

Scientific task directed on upgrading process of dosage biologically active additives for enriching of the mixed fodders by application of the developed cone batcher, is decided in dissertation. Exactness of dosage of the developed cone batcher is set provided due to the unimpeded receipt of friable material to the working organ of the batcher and creation of permanent closeness in the dose forming area. The productivity of the developed the batcher is determined in high unload opening - position of the mobile glass.

For management and calculation of technological indexes of the productivity of dosage process quality the mathematical models of friable material equilibrium in the bunker and dynamics of additives particles was built on the working channel of giving rotor cone of the developed the batcher.

The keys words: feed supplements, dozing process, cone batcher, efficasy of dozing.

Размещено на Allbest.ru