Обгрунтування параметрів технологічного процесу і розробка вертикального змішувача інгредієнтів комбікормів : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук : 05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Abstract

У дисертації вирішено наукове завдання, яке направлене на підвищення ефективності процесу змішування інгредієнтів комбікормів шляхом розробки нової конструкції змішувача вертикального типу з основним робочим органом у вигляді шнека. Запропонована конструкція змішувача найбільш суттєво відрізняється від існуючих аналогів наявністю додаткових робочих органів – чотирьох консольних валів з двохплощинними лопатками. Побудовано математичну модель, яка дозволяє описувати динаміку розкидання частинок зернової суміші у верхній частині запропонованого змішувача. В основу моделі покладено метод дискретних вихорів для розрахунків поля швидкостей повітряних потоків і рівняння динаміки частинок. Визначені оптимальні значення конструктивно-кінематичних параметрів вертикальної малогабаритної комбікормової установки (ВМКУ – 04). В результаті проведених досліджень доведено ефективність установки, яка забезпечує для визначених оптимальних параметрів рівномірність змішування понад 98,4

В диссертации решено научное задание, направленное на повышение эффективности процесса смешивания ингредиентов комбикормов путем разработки новой конструкции смесителя вертикального типа. В конструкции смесителя, помимо основного рабочего органа – шнека, предлагается использовать дополнительные рабочие органы – четыре консольных вала с двухплоскостными лопатками, размещаемые в верхней части кормосмесителя. Наличие таких дополнительных рабочих органов позволяет интенсифицировать процесс перемешивания зерновых частиц при их разбрасывании над поверхностью смеси. Объектом исследований является процесс смешивания ингредиентов комбикормов и его связь с конструктивно-кинематическими параметрами разработанного смесителя вертикального типа и механико-технологическими свойствами смешиваемых компонентов. Построена математическая модель, которая позволяет описывать динамику разбрасывания частиц зерновой смеси в верхней части смесителя. В основу модели положен метод дискретных вихрей для расчетов поля скоростей воздушных потоков и уравнения динамики частиц. Также получила дальнейшее развитие математическая модель движения частиц кормовой смеси по поверхности вращающегося вертикального шнека, что позволяет находить угол схода частицы кормов из шнека и ее скорость для общего случая, когда параметры воздействия на процесс транспортировки имеют произвольные значения. Для определения закономерностей движения кормовой смеси в рабочем пространстве найдено поле скоростей потока смеси и установлены области наиболее активного смешивания кормов. В работе также предложен статистический критерий, который позволяет на основе многовариантных расчетов конечных положений частиц-маркеров на поверхности смеси при их разбрасывании количественно оценить степень рассеяния частиц по поверхности сыпучего материала в смесителе. Разработана методика проведения расчетов времени смешивания сыпучего материала в смесителе на основе статистической ячеечной модели, в которой дисперсия времени пребывания частиц в зоне действия консольных валов с крыльчаткой подсчитывалось по предложенной модели разбрасывания частиц. Для определения оптимальных параметров смесителя проведен трехфакторный эксперимент с использованием плана Бокса – Бэнкина. Обработка результатов экспериментальных исследований выполнена с использованием статистического регрессионного анализа и других методов математической статистики. Полученные результаты экспериментов по определению оптимального времени смешивания согласуются с данными теоретических исследований с расхождением 3…5 %, что подтверждает адекватность построенных математических моделей. Полученные значения оптимальных технико-технологических параметров установки составляют 2880 об/мин для частоты вращения консольных валов, 45 0для углов наклона лопаток консольных валов и 69 с для времени смешивания.Производственные испытания опытного образца смесителя по смешиванию ингредиентов комбикормов проводились в частном предприятии Харьковской области и частной агрофирме Полтавской области. По результатам испытаний средняя степень однородности полученной смеси составила 95,50 – 95,60 % при показателе влажности дробленой зерновой смеси 9,80 – 13,5 %. При этом удельные энергозатраты на смешивание зерносмеси снизились с 1,35 кВт-час до 0,75 кВт-час на тонну, эксплуатационные затраты – на 14 % до 86 грн./т. Таким образом, годовой экономический эффект от использования разработанного смесителя вертикального типа в частных хозяйствах в сравнении с серийным смесителем СМ – 1 составляет 6610 грн. на каждую установку, рентабельность смешивания – 17 %, срок окупаемости ВМКУ – 04 не превышает трех лет.

The dissertation (PhD thesis) is aimed at solving a scientific problem of mixing efficiency increase for preparing of mixed fodders. The problem is solved by developing a new design of vertical type mixer with a screw as the main driven element. The main difference of the mixer design is presence of additional driven elements - four cantilevered shafts with two-plane-blades. A mathematical model that allows to describe the spreading dynamics of particles of grain mixture inside of a top part of the proposed mixer is built. The model is based on the method of discrete vortices for calculation of the velocity field for air flows and particle dynamics equations. The optimal values of constructivekinematic parameters of vertical compact fodder mixer (VMKU – 04) have been found. The efficiency of the developed setup has been confirmed be experimental research, where mixing homogeneity was over 96 % under optimum parameters