WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Марченко Алексей Юрьевич

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВИНТОВЫХ БАРАБАНОВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВ

Специальность 05.20.01- Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО«Кубанский ГАУ») Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Фролов Владимир Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Плешаков Вадим Николаевич, ФГБОУ ВПО «Кубанский ГАУ», профессор кафедры тракторов, автомобилей и технической механики доктор технических наук, старший научный сотрудник Тищенко Михаил Андреевич, ГНУ «СевероКавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник отдела механизации животноводства Ведущая организация - ГНУ «Северо-Кавказский научно-исследователь- ский институт животноводства» Российской академии сельскохозяйственных наук (г. Краснодар)

Защита диссертации состоится «21» ноября 2012 г. в 1330 часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044 г. Краснодар, ул. Калинина, 13, факультет энергетики и электрификации, ауд. №4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

Автореферат размещен на сайте ВАК РФ http://vak2.ed.gov.ru «17» октября 2012 года.

Автореферат размещен на сайте Кубанского ГАУ http://kubsau.ru «17» октября 2012 года.

Автореферат разослан «__» октября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук В.С. Курасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Многокомпонентность комбикормов, высокие требования к их качеству, обуславливают сложность выбора эффективного технологического оборудования для их смешивания. Создание условий для интенсификации процесса смешивания компонентов комбикормов и применение эффективных методов воздействия на компоненты является важнейшей задачей развития и совершенствования технологических машин в кормопроизводстве. Такая задача может быть решена внедрением прогрессивного технологического комплекта оборудования на базе новых конструкций рабочих органов, позволяющих осуществлять смешивание компонентов комбикормов непрерывным потоком в процессе их приготовления. Использование рабочих органов с дискретно расположенными по периметру, разнонаправленными по отношению к винтовым линиям плоскими элементами, называемыми винтовыми барабанами, позволит интенсифицировать процесс смешивания. Поэтому совершенствование процесса смешивания компонентов комбикормов путем оптимизации конструктивно-режимных параметров винтовых барабанов, создание новых конструкций винтовых барабанов, совершенствование основ их конструирования и расчета, а так же исследование их технологических возможностей является актуальной народнохозяйственной задачей.

Исследование проводилось в соответствии с планом НИР Кубанского ГАУ (№ ГР 01.200113467, 2006-2010гг. и № ГР 01.200606833, 2011-2015 гг.).

Цель исследований – снижение энергетических и трудовых затрат на смешивание компонентов комбикормов путем оптимизации конструктивнорежимных параметров винтовых цилиндрических барабанов.

Объект исследований - технологический процесс смешивания компонентов комбикормов рабочими органами с дискретно расположенными по периметру, разнонаправленными по отношению к винтовым линиям плоскими элементами.

Предмет исследований - аналитические и экспериментальные зависимости процесса смешивания компонентов комбикормов винтовыми цилиндрическими барабанами с дискретно расположенными по периметру, разнонаправленными по отношению к винтовым линиям плоскими элементами.

Методика исследований. Аналитические исследования по определению основных параметров винтовых цилиндрических барабанов выполнялись с использованием методов теоретической механики, аналитической геометрии и математического анализа. Экспериментальные исследования проводились с целью подтверждения достоверности результатов теоретических исследований с использованием, как классического метода проведения однофакторного эксперимента, так и теории многофакторного эксперимента. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований проводились методами математической статистики.

Рабочая гипотеза: использование винтовых цилиндрических барабанов с дискретно расположенными по периметру разнонаправленными по отношению к винтовым линиям плоскими элементами позволит активизировать процесс смешивания за счет интенсивности перемещения компонентов комбикормов, направляя последние не только навстречу друг другу, но и к противоположным вращающимся стенкам винтового цилиндрического барабана.

Научную новизну представляют:

- математическая модель движения частиц компонентов комбикормов в цилиндрических винтовых барабанах;

- теоретические аспекты расчета винтовых барабанов, которые включают разработку классификации возможных схем их построения и методику моделирования новых конструкций;

- конструктивные элементы цилиндрических винтовых барабанов, позволяющие управлять процессом смешивания компонентов комбикормов при реализации предложенной схемы.

Практическая ценность. Ресурсосберегающий технологический процесс смешивания компонентов комбикормов и комплект оборудования для его осуществления, обеспечивающий их смешивание непрерывным потоком в процессе транспортирования с большой амплитудой их перемещений.

Новизна технических решений подтверждена патентами Российской федерации на изобретения пат. 2373809, пат. 2373810, пат. 2372817.

Реализация результатов исследований. Производственная проверка результатов исследований прошла в хозяйствах Краснодарского края: ООО «Комтех-Краснодар», ООО «СЕРП», ООО «Кубинфо» и ООО «ВЕГА».

Результаты исследований используются в учебном процессе факультета механизации и инженерно-строительного факультетов Кубанского ГАУ при выполнении курсового и дипломного проектирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

- закономерности перемещения частиц компонентов комбикормов в рабочем пространстве смешивающих рабочих органов в виде цилиндрических винтовых барабанов;

- математическая модель, описывающая движение частиц компонентов комбикормов в цилиндрических винтовых барабанах;

- аналитические зависимости для определения основных конструктивнорежимных параметров винтовых барабанов;

- методика расчета основных конструктивно-режимных параметров винтовых барабанов;

- экспериментальные зависимости показателей работы винтовых цилиндрических барабанов.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на международных научно-технических конференциях в Курске (2008 г.), Ростове-на-Дону (2008 г.), Орле (2009 г.), Виннице (2010 г.) и региональных научнотехнических конференциях в Краснодаре (2008 и 2010 гг.).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах, включая 3 патента РФ на изобретение, одну монографию и 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК. Общий объем опубликованных работ составляет 22,6 п.л., из них на долю автора приходится 9,4 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованных источников, включающего 138 наименований, в том числе 8 – на иностранном языке и приложения. Диссертация изложена на 183 страницах машинописного текста, включая 40 страниц приложения, содержит 66 рисунков, 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель исследований, представлены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса приготовления комбикормов» показано состояние и перспективы кормления животных полнорационными кормосмесями, особенности процесса смешивания частиц компонентов комбикормов и требования к смесителям, проведена оценка и краткий анализ технических средств используемых для обеспечения процесса смешивания комбикормов.

Вопросам моделирования технологического процесса смешивания комбикормов с использованием ПЭВМ и математических моделей посвящены труды А. Г. Аганбегяна, Н. Н. Моисеева, Н. П. Федоренко, Д. Б. Юдина и ряда других.

Большой вклад в создание смесительных аппаратов, в теорию и практику процессов смешивания внесли следующие ученные: В. М. Аблаутов, Л. Е. Агеев, М. В. Баканов, И. И. Блехман, А. В. Бурмага, Б. И. Вагин, В. А. Голиков, С. М. Доценко, Н. В. Дуленко, С. В. Евсеенко, М. И. Егорченко, А. М. Ермачков, Я. М.

Жислин, А. И. Завражнов, С. Я. Зафрен, В. И. Земсков, Г. В. Иванец, А. П. Калашников, С. Ф. Керимов, В. Г. Коба, В. Ф. Ковтун, И. В. Кулаковский, Н. И.

Кулешов, Г. М. Кукта, Л. М. Куцын, Г. В. Ламонов, П. И. Леонтьев, Ю. А. Матвеев, И. И. Мозгов, В. Л. Новобратский, А. А. Пасько, Ю. С. Поляков, В. В. Попов, В. А. Пушко, А. М. Семенихин, В. С. Сечкин, А. В. Смоленский, А. М. Сухарев, М. А. Тищенко, И. А. Уланов, И. Я. Федоренко, А. Н. Федоров, А. Ш. Финкельштейн, Н. Г. Шамов, Л. И. Шмельмах и другие.

Сложность смешивания компонентов комбикормов создает необходимость исследования реальных процессов, происходящих в смесительном аппарате, с помощью построения их моделей.

Таким образом, возникает потребность в разработке рабочих органов в виде винтовых цилиндрических барабанов, обеспечивающих высокое качество приготовления комбикормов, при оптимальных конструктивно-режимных параметрах.

На основе обзора и анализа состояния вопроса сформулированы следующие задачи исследования:

1. На основании анализа существующих конструкций винтовых барабанов разработать их классификацию и наметить перспективное направление при создании смешивающих рабочих органов для комбикормов.

2. На основе компьютерного моделирования, разработать конструктивнотехнологическую схему для изготовления цилиндрического винтового барабана.

3. Провести анализ математических моделей, исследовать процесс смешивания частиц компонентов комбикормов в продольном и поперечном сечениях цилиндрических барабанов и получить зависимости для обоснования его основных конструктивно-режимных параметров.

4. Экспериментально проверить достоверность теоретических положений и обосновать оптимальные конструктивно-режимные параметры цилиндрического винтового барабана.

5. Дать экономическую оценку проведенным исследованиям и разработать методику инженерного расчета, выполнить компьютерное моделирование пространственных форм винтовых барабанов.

Во второй главе изложены результаты теоретических исследований при выборе винтовых цилиндрических барабанов. В процессе проведения исследований разработана классификация винтовых барабанов, которая позволяет целенаправленно вести поиск новых конструкций винтовых барабанов.

Проведено теоретическое исследование конструктивных особенностей винтовых цилиндрических барабанов, как наиболее производительных при транспортировке и смешивании комбикормов.

Наружный диаметр винтового барабана:

D = k·ai, (1) где аi – сторона равностороннего треугольника; k –эмпирический коэффициент, определенный по результатам исследований (k= 1,16).

Диаметра проходного сечения винтового барабана:

d = m ai, (2) где m - коэффициент, определенный по результатам исследований (m = 0,56).

Углы наклона винтовых линий выбираются из конструктивных особенностей барабана.

На рисунке 1 представлено компьютерное изображение винтового барабана вогнутой формы, который обеспечивает интенсификацию процесса смешивания комбикормов, поджатие компонентов комбикормов в процессе их перемещения от загрузки к выгрузке.

Рисунок 1 – Конструкция винтового барабана вогнутой формы, разработанная по компьютерному изображению По найденным пространственным формам винтового барабана, в соответствии с предложенной схемой, выполнена его конструкторская проработка.

Утолщенными линиями 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 показана одна из шести винтовых, ломаных линий основного направления, а утолщенной линиями 10, 11, 12, 6, 13, 14, 15, 16, 17 противоположного направления.

В процессе смешивания компонентов комбикормов параметры траектории движения их частиц должны быть номинальными (для максимального обеспечения выполнения процесса), т.е. иметь определенные в этом смысле характеристики. Траектория движения частиц может быть спиралеобразной пространственной кривой с неравномерным шагом и различным диаметром витков, на которую наложены колебания стохастического характера. В зависимости от геометрии внутренней поверхности винтового барабана, пространственная траектория каждой из перемещаемых частиц должна иметь достаточную протяженность для обеспечения качественного выполнения технологического процесса смешивания компонентов комбикормов.

В исследованиях была принята модель движения частиц компонентов комбикормов как материальной точки массой m. В этом случае моделируемое движение является условным в том смысле, что его изучение сводится только к изучению движущихся в поперечной плоскости х0у частиц компонентов комбикормов во вращающемся винтовом барабане. Затем все параметры продольного движения (в том числе и скорость) могут быть получены при использовании свойства j = const – постоянства угла наклона винтовой линии к продольной оси винтового барабана.

После введения полярной системы координат (r, ), в поперечную плоскость движущихся частиц компонентов комбикормов вращающегося винтового барабана получена система дифференциальных уравнений в виде:

m r r 2 Fr (3) m r 2 r F где r – некоторый выбранный радиус вращения в зависимости от меняющейся геометрии стенок вращающегося винтового барабана в плоскости сечения x0y, в зависимости от характера моделируемых сил Fr, и F описывается любое движение (в данном случае это движение стеснено боковой поверхностью вращающегося винтового барабана). Под m принята масса моделируемых, условно движущихся материальных точек.

Рисунок 2 – Схема движения частиц компонентов комбикормов dr dr d2r d d d2 r , r , , .

dt dt dt dt dt2 dt Пусть Х Хr,,r,,r,, У Уr,,r,,r, - величины ускорений точки m по каждой из координатных осей плоскости х0у, где величина общего ускорения (WХУ):

(4) WХУ Х2 УПосле интегрирования определим продольную скорость перемещения частиц комбикормов VZ:

Vz r tgj C (5) Введем постоянную G, которая выражена через характеристики винтовых барабанов:

G r tgj, (6) отсюда V G C, (7) где С - постоянная, характеризующаяся технологический процесс смешивания компонентов комбикормов; - угловая скорость винтового барабана, c-1.

В результате проведенных исследований получено выражение для определения скорости продольного перемещения частиц комбикормов в винтовых барабанах:

V =0,5r tg j[ 1 2 2 4 ], (8) где () и () - коэффициенты, подлежащие эмпирическому определению.

Приближенная связь между коэффициентами ()=. (9) 2 Для выявления характера зависимостей () и () функция V() представлена полиномом n-й степени n ~ V() =, (10) C i i i~ Ci где коэффициенты вычисляются как коэффициенты интерполяционного полинома Лагранжа:

n * Vn i (11) V 0 i1 i1 n i 0i i1i i1i n , iгде Vi* – экспериментальные значения скоростей частиц компонентов комбикормов при угловых скоростях винтовых барабанов, равных i.

Из формул (8) - (10) получены выражения для коэффициентов () и ():

() = (12) i, Ci 2 i () = 2 i1, Ci 2 iгде 2 ~ Сi Ctgj Ci, (13) r где r и j –параметры, зависящие от размеров и конструкции винтовых барабанов.

Из условия (12) формула (8) принимает вид:

2 2 i V =0,5r tg j C , (14) i i При определении производительности цилиндрического винтового барабана, использовали выражение, полученное С. В. Мельниковым с допущением, что перемещение частиц компонентов комбикормов осуществляется по спирали Архимеда. Тогда площадь одного витка архимедовой спирали определится:

3 2 3 F 4 rср rср (15) Производительность цилиндрического винтового барабана с учетом выражений 14 и 15 имеет вид:

2 Qсм 0,5rtgj 2 2 i 43rср 3rср kзkпр, C (16) i i0 В третьей главе приведено описание модельных экспериментальных установок на базе винтовых барабанов, стендов для экспериментальных исследований процесса смешивания, представлена методика определения однородности смеси, проведения отсеивающего эксперимента и планирования экстремального эксперимента.

Исследования проводились на экспериментальной установке (рисунок 3).

При изготовлении экспериментальной установки предусматривалось изменение угла наклона винтового барабана от 0 до 10 градусов. Коэффициент заполнения винтового барабана изменяли в пределах от 0,3 до 0,7.

Рисунок 3 – Общий вид экспериментальной установки по исследованию процесса смешивания комбикормов Анализ литературных источников, с учетом проведенных ранее поисковых исследований, позволил выявить наиболее значимые факторы: угол наклона барабана, частота вращения барабана, продолжительность процесса смешивания, коэффициент заполнения.

За критерий оптимизации были приняты линейная скорость перемещения компонентов смеси в осевом направлении барабана и однородность смеси.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований смешивания компонентов комбикорма в зависимости от конструктивнорежимных параметров винтового цилиндрического барабана и дан их анализ.

Анализ результатов аналитических и экспериментальных исследований позволил выявить у винтовых барабанов признаки, которые характеризуют только класс и формы винтовых барабанов.

Как показал анализ, экспериментальные зависимости описываются полиномом 2-й степени.

Получены уравнения регрессии для скорости перемещения частиц компонентов комбикорма в винтовом барабане:

Y=61,079+9,067 x1+105,715 x2+13,144 x1 x2-44,238 x21+74,325 x22, (17) где Y - скорость перемещения, мм/с.

Уравнение регрессии (17) в канонической форме будет иметь вид Y 23,49 44,6 X1 74,69 Х2, (18) 8 40 50 60 70 6 20 4 0 10 20 10 40 0 10 6 20 8 50 60 70 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 K Рисунок – 4 Поверхность зависимости ско- Рисунок – 5 Двумерное сечение зависирости перемещения компонентов комби- мости скорости перемещения компоненкормов в винтовом барабане от коэффици- тов комбикормов в винтовом барабане ента заполнения и угла его наклона от коэффициента заполнения и угла его наклона Анализ зависимостей, представленных на рисунках 4 и 5, показал, что изменение значения х1 в пределах эксперимента влияет на скорости перемещения по закону параболы, т.е. с увеличением коэффициента заполнения от центра плана скорость перемещения падает, а при увеличении значения угла наклона винтового барабана х2 скорость перемещения возрастает.

С использованием планирования трехфакторного эксперимента по Вк плану определены оптимальные режимы работы цилиндрического винтового барабана при условии выполнения исходных требований к качеству приготовления комбикормов.

Согласно полученному уравнению регрессии максимальная скорость перемещения частиц компонентов кормов соответствует 23,49 мм/с, оптимальный коэффициент заполнения винтового барабана составил 0,499, а минимальный угол его наклона, при котором будет обеспечиваться устойчивый рабочий процесс, равен 6о.

При исследовании процесса смешивания решались следующие задачи:

определение наиболее значимых факторов влияющих на процесс, построение математической модели и оптимизация основных параметров данного процесса. Экспериментальные исследования проводились на макетном образце, схема которого приведена на рисунке 3.

В качестве критерия оптимизации была выбрана однородность смеси ,% (отклик Y1).

Анализ априорной информации и поисковых исследований показал, что наиболее значимыми факторами являются следующие: угол наклона барабана, ; частота вращения барабана, ; продолжительность процесса смешивания, Т;

коэффициент заполнения, Кv.

В результате эксперимента по матрице Плакета-Бермана и получения критериев оптимизации проведена обработка и построены математические модели.

С целью обоснования оценки влияния факторов по результатам эксперимента получено уравнение регрессии второго порядка (программа Statistica 6.фирмы StatSoft), которое имеет следующий вид в кодированном виде:

- для однородности смеси :

Y=93,4855 + 1,7697Х1 + 3,476Х2 + 6,062Х3 + 6,5662Х4 – 0,0003Х1Х2 + + 0,00007Х1Х4 – 0,0002Х2Х3 + 0,000053Х2Х4 – 0,0001Х3Х4 – 0,018Х12 – – 0,03343Х22 – 0,0596Х32 – 0,06447Х42 (19) Адекватность модели подтверждается с вероятностью Рд=0,965 при коэффициентах корреляции R1=0,94203 и R2=0,98269.

Переходя от кодированных значений факторов (Х1, Х2, Х3, Х4) к натуральным (, , Т, Кv) получена зависимость показателя однородности смеси от основных технологических факторов:

= - 306,757 + 8,1128 + 1365,6433 + 14,2904Т + 59,3229Кv – 2,9563 + + 0,4507Кv – 2,015Т +22,854Кv – 0,1383ТКv -0,622 2 – 618,5805 2 – – 4,189667Т 2 – 70,1848Кv 2 (20) После получения адекватных математических моделей процесса, определялись координаты оптимума и построены поверхности откликов Y1.

Для упрощения анализа данных поверхностей построены двумерные сечения откликов.

Анализ графических зависимостей (рисунок 6 и 7) показывает, что однородность смеси с увеличением угла наклона барабана от 4 до 6 градусов непрерывно возрастает до 94 %, затем однородность начинает снижаться, и при 10 градусах составляет 78%. Коэффициент заполнения при угле наклона барабана =6о составляет Кv = 0,5.

0,8 3,0,5 1, 0,0, 1,0 1,1 1,4 7 ХХРисунок 6 – Сечение поверхности однородно- Рисунок 7 – Сечение поверхности однородности смеси на плоскость Х2 ()Х3(Т) сти смеси на плоскость Х1()Х4(Кv) При однородности = 92 % частота вращения барабана составит =1,1 с-1, а продолжительность процесса смешивания Т = 1,75 мин. При увеличении данных показателей до =1,2 с-1, Т = 3,0 мин однородность смеси снижается до = 80 % (рисунок 7).

1,2 3,1,1 1, 89 87 85 83 81 1,0 0, 79 4 7 10 4 7 77 Х1 Х Рисунок 8 – Сечение поверхности однородно- Рисунок 9 – Сечение поверхности однородности смеси на плоскость Х1 ()Х2() сти смеси на плоскость Х1 ()Х3(Т) Увеличение угла наклона барабана от 6 до 10, а частоты вращения барабана от =1,1 с-1до =1,2 с-1 и времени смешивания компонентов комбикормов от Т = 1,75 мин. до Т = 3,0 мин. (рисунок 8 и 9), так же способствует снижению однородности смеси до =77 %. Это подтверждают результаты ранее проведенных исследований по изучению процесса смешивания комбикормов цилиндрическими винтовыми барабанами.

ХХХХ0,8 0,0,5 0, 92 90 88 86 84 0,2 0, 82 1,0 1,1 1,2 0,50 1,75 3, 80 Х2 Х Рисунок 10 - Сечение поверхности однородно- Рисунок 11 - Сечение поверхности однородности смеси на плоскость Х2 ()Х4(Кv) сти смеси на плоскость Х3 (Т)Х4(Кv) Анализ зависимостей представленных на рисунках 10 и 11 показывает, что при однородности смеси более =92 %, оптимальными показателями частоты вращения барабана и коэффициента заполнения цилиндрического барабана, Кv следует считать =1,1 с-1 и Кv = 0,5.

В результате проведенных экспериментальных исследований процесса смешивания на цилиндрических винтовых барабанах оптимальными конструктивно-режимными параметрами последних следует считать следующие:

– угол наклона барабана, = 6о, – частота вращения барабана, =1,1 с-1, – продолжительность процесса смешивания, Т = 1,75 мин., – коэффициент заполнения, Кv = 0,5.

При данных значениях показателей однородность смеси составляет более =92 %, что полностью удовлетворяет зоотехническим требованиям, предъявляемым к процессу смешивания.

На рисунке 12 представлены зависимости Q = f() производительности цилиндрического винтового барабана от частоты его вращения, полученные аналитическим и экспериментальным путем.

Анализ зависимости Q = f() показывает, что производительность цилиндрического винтового барабана с увеличением частоты вращения непрерывно возрастает до значения Q=750…760 кг/ч при =1,0…1,1 с-1.

ХХЗатем наблюдается снижение как фактической, так и теоретической производительности до значения Q= 800…880 кг/ч при =3,0…3,5 с-1.

После увеличения частоты вращения барабана до =10 с-1 происходит стабильный рост теореРисунок 12 - Зависимость производительности Q тической производительности до от частоты вращения цилиндрического винтового барабана. (о-о-о – фактическая, - - - - - расчетпоказателя Q=920…930 кг/ч при ная Q = f() по выражению 16) резком снижении фактической производительности до Q= 390 кг/ч. Это объясняется тем, что коэффициент проскальзывания kпр при частоте вращения барабана от =4 с-1 до =10 с-1 начинает резко увеличиваться, с проскальзывания материала о внутреннюю поверхность цилиндрического винтового барабана от 10% до 90%, что существенно влияет на качественные и количественные показатели процесса.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что оптимальное значение частоты вращения барабана находится в пределах =1,0…1,5 с-1, что подтверждают ранее проведенные экспериментальные исследования. Кроме того при этих значениях частоты вращения цилиндрического винтового барабана наблюдается хорошая сходимость теоретических и экспериментальных исследований зависимости Q = f(), которая находится в пределах 5-8%, что подтверждает достоверность полученных результатов.

В пятой главе представлена методика инженерного расчета оборудования для смешивания компонентов комбикормов на базе винтового цилиндрического барабана, даны рекомендации по выбору типа и класса винтовых барабанов для смешивания компонентов комбикормов. В качестве базового смесителя был принят смеситель ВКС-3М. Использование винтовых цилиндрических барабанов в качестве рабочих органов смесителей позволяет снизить затраты труда на 60,6%, металлоемкость на 60,0%, энергоемкость на 38,8%.

Экономический эффект от внедрения составит 129,0 руб./т, а срок окупаемости составляет 1,1 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. На основании анализа технологий и технических средств по зарубежным и отечественным литературным источникам, разработана классификация винтовых барабанов, позволяющая наметить перспективные направления в разработке винтовых цилиндрических барабанов с дискретно расположенными по периметру разнонаправленными по отношению к винтовым линиям плоскими элементами. Разработаны конструкции винтовых барабанов, техническая новизна которых подтверждена патентами на изобретения (№ 2372817;

№ 2373809; № 2373810).

2. Разработана методика компьютерного моделирования пространственных форм, позволяющая на стадии проектирования получить наглядное изображение ранее неизвестных конструкций винтовых барабанов. На основании методики компьютерного моделирования разработана конструктивнотехнологическая схема для изготовления экспериментального цилиндрического винтового барабана. Получены зависимости для определения основных параметров винтовых цилиндрических барабанов, необходимых при проектировании и расчете рабочих органов для приготовления комбикормов, в том числе для определения наружного и внутреннего диаметра винтовых цилиндрических барабанов.

3. Получены математические модели процесса смешивания компонентов комбикормов винтовыми цилиндрическими барабанами в продольных и поперечных сечениях. Определены аналитические зависимости для получения численных значений коэффициентов, зависящих от угла наклона барабана () и степени заполнения рабочего пространства барабана () существенно влияющих на скорость продольного перемещения частиц комбикормов. Определена зависимость продольной скорости компонентов комбикормов V от угловой скорости винтового цилиндрического барабана .

4. Изготовлена экспериментальная установка по исследованию процесса смешивания комбикормов, рабочими органами которой являются винтовые цилиндрические барабаны, позволяющие изменять угол наклона винтового барабана от 0о до 10о к горизонту при коэффициенте заполнения последнего от 0,3 до 0,7.

5. Теоретически и экспериментально обоснованы конструктивнорежимные параметры винтового цилиндрического барабана, обеспечивающие приготовление комбикорма с высоким качеством. Оптимальными параметрами винтового цилиндрического барабана следует считать: максимальная скорость перемещения частиц компонентов комбикормов в продольном направлении составляет 23,49 мм/с; оптимальный коэффициент заполнения винтового цилиндрического барабана 0,499; минимальный угол наклона барабана, при котором будет обеспечиваться устойчивый рабочий процесс составляет 6о, оптимальная частота вращения цилиндрического барабана 1,1 с-1 при однородности смеси 92%, продолжительность процесса смешивания составляет Т = 1,75 мин.

6. Систематизирована методика инженерного расчета винтового цилиндрического барабана, предложена технология сборки винтовых цилиндрических барабанов и даны рекомендации по типу и классу винтовых барабанов.

Для барабана Ц5 основными параметрами являются: сторона равносторонних треугольников, из которых изготовлен винтовой барабан, а5 = 0.45 м; длина винтового барабана L= 2,7 м; диаметр описанного вокруг винтового барабана цилиндра Dн.б = 0,522 м; диаметр вписанного внутри винтового барабана цилиндра Dв.б =0,252м; частота вращения винтового барабана n = 65 об/мин; площадь потока Sm = 0,061 м2; коэффициент заполнения винтового барабана КV = 0,52; объем частиц компонентов комбикормов загружаемых в винтовой барабана Q корм.= 0,1647 м3 ; расчетная производительность П = 10,02 т/час.

7. Реализация процесса приготовления комбикормов, посредством винтового цилиндрического барабана позволяет снизить затраты труда на 60,6%, металлоемкость на 60,0%, энергоемкость на 38,8% в сравнении со смесителями ВКС-3М. Экономический эффект от внедрения составляет 129 руб./т, а срок окупаемости 1,1 года, при этом чистый дисконтированный доход составил 50885,5 руб. Разработанная методика компьютерного моделирования пространственных форм винтовых барабанов позволяет на стадии проектирования обосновать основные конструктивно–режимные параметры методами клонирования и закрутки в три этапа.

Основные положения диссертации опубликованы - в изданиях рекомендованных ВАК:

1. Марченко А.Ю. Научно-технические основы создания ресурсосберегающих машинных технологий приготовления кормов в винтовых барабанах / А.Ю. Марченко // Научный журнал. Труды Кубанского государственного аграрного университета. – Краснодар, 2008. - № 5(14) – С. 184–191.

2. Марченко А.Ю. Ресурсосбережение при смешивании компонентов кормов в винтовых барабанах / А.Ю. Марченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 4. – М., 2011. – С. 20–21.

3. Марченко А.Ю. Экспериментальные аспекты процесса смешивания компонентов комбикормов цилиндрическим винтовым барабаном / В.Ю. Фролов, Д.П. Сысоев, А.Ю. Марченко // Научный журнал. Труды Кубанского государственного аграрного университета. – Краснодар, 2012. - № 4(37) – С. 163– 171.

- в монографии:

4. Марченко А.Ю. Винтовые барабаны (смешивание сыпучих материалов): монография / А.Ю. Марченко, В.В. Цыбулевский, Г.В. Серга. – Краснодар: Издательский центр КГАУ, 2008. – 367 с.

- в прочих изданиях:

5. Марченко А.Ю. Совершенствование ресурсосберегающих вибрационных технологий, поиск их универсальных характеристик / А.Ю. Марченко // Вибрационные машины и технологии: Сб. науч. тр. – Курский государственный технический университет. – Курск, 2008. – С. 58–63.

6. Марченко А.Ю. Моделирование процессов движения сыпучих материалов с большой амплитудой / Г.В. Серга, А.Ю. Марченко // Вибрационные машины и технологии: Сб. науч. тр. Курск. гос. техн. ун-т. – 2008. С. 117–128.

7. Марченко А.Ю. Разработка прогрессивного оборудования и нетрадиционной вибрационной технологии для измельчения и смешивания сыпучих материалов / А.Ю. Марченко // Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки: Материалы международной научнотехнической конференции т. 1. – Ростов-на-Дону, 2008. – С. 276–279.

8. Марченко А.Ю. Ресурсосберегающая технология смешивания компонентов кормов в винтовых барабанах / А.Ю. Марченко, Г.В. Серга // Всеукраiнский науково-технiчний журнал: Вiбрацii в технiцi та технологiях. – 2009. – № 2 – С. 91–101.

- патенты:

9. Пат. 2373809 Российская Федерация МПК А23N 17/00. Барабанный смеситель кормов / А.Ю. Марченко, Г.В. Серга, В.В. Цыбулевский, М.Г. Серга;

заявитель и патентообладатель Кубанский гос. аграрный ун-т. – № 2008121050;

заявл. 26.05.2008; опубл. 27.11.2009, Бюл. № 33.

10. Пат. 2373810 Российская Федерация МПК А23N 17/00. Смеситель кормов / А.Ю. Марченко, Г.В. Серга, В.В. Цыбулевский, М.Г. Серга; заявитель и патентообладатель Кубанский гос. аграрный ун-т. – № 2008121050; заявл.

28.05.2008; опубл. 27.11.2009, Бюл. № 33.

11. Пат. 2372817 Российской Федерации МПК А 23 N 17/00. Устройство для смешивания кормов / А.Ю. Марченко, Г.В. Серга, В.В. Цыбулевский; заявитель и патентообладатель Кубанский гос. аграрный ун-т. – № 2008125523;

заявл. 23.07.2009; опубл. 20.09.2011, Бюл. № 32.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.