ЛУГАНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЛАНГАЗОВ ВОЛОДИМИР ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 66.028.2:636.085.54:

65.011.46

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ДОЗУВАННЯ КОНЦЕНТРОВАНИХ КОРМІВ

05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Луганськ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Луганському національному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

БРАГІНЕЦЬ Микола Володимирович,

Луганський національний аграрний університет,

завідувач кафедрою „Механізація виробничих

процесів у тваринництві”

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

академік Інженерної академії,

ГРАЧОВА Луїза Іванівна,

Південний філіал „Кримський агротехнологічний університет” Національного аграрного університету

Міністерства аграрної політики України,

професор кафедри технології молока та обладнання переробних підприємств

кандидат технічних наук, доцент,

ПАНКОВ Андрій Олександрович,

Луганський національний аграрний університет,

доцент кафедри тракторів та автомобілів

Провідна установа: Харківський національний технічний університет ім. П.М.Василенка міністерства аграрної політики України

Захист відбудеться „_22_” грудня 2005 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К29.841.01 у Луганському національному аграрному університеті за адресою: 91008, м. Луганськ, Луганський національний аграрний університет, корпус факультету механізації сільського господарства, аудиторія 1М-214.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Луганського національного аграрного університету за адресою: 91008, м. Луганськ, Луганський національний аграрний університет.

Автореферат розіслано „_21_” листопада 2005р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент___________________________ В.Я. Коваль

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Завжди вважалося, що ознакою розвиненого сільського господарства є високі ступінь розвитку тваринництва та рівень отримання й переробки продукції цієї галузі. Для економіки та населення України продукція тваринництва – м’ясо, молоко має велике значення, тому для забезпечення потреб населення необхідна висока продуктивність тварин.

У результаті аграрної реформи в сільському господарстві України спостерігається зменшення кількості великих тваринницьких підприємств і зростання невеликих (фермерських, підсобних) господарств із невеликим поголів’ям тварин. Техніка, яка застосовувалася на тваринницьких фермах для виконання виробничого процесу, застаріла фізично та морально і вже не відповідає висуваємим до неї вимогам. Тому зараз особливо гостро постала проблема розробки техніки, орієнтованої на обслуговування тваринницьких підприємств з невеликим поголів’ям тварин.

На виробничий процес отримання продукції тваринництва впливає ціла система різних факторів, з яких найвагомішим є фактор корму. Годування тварин є одним з найбільш трудомістких процесів на тваринницькому підприємстві (на долю роздавання кормів приходиться до 40 % загальних витрат труда на фермі). Найбільш цінною частиною кормового раціону тварин є концентровані корми. До процесу дозування цих кормів висуваються досить суворі вимоги, оскільки відхилення від потрібної норми може призвести до даремної витрати цінних кормів або до недостатньої реалізації потенціальної продуктивності тварин. Тому розробка дозатора концентрованих кормів для невеликих ферм із низькою метало- та енергомісткістю, задовольняючого вимогам за якістю дозування, є важливою та актуальною задачею.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота „Підвищення ефективності технологічного процесу дозування концентрованих кормів” виконувалась у відповідності з планом науково-дослідної роботи Луганського національного аграрного університету „Комплексна механізація виробничих процесів в АПК” (№ Державної реєстрації 0104V005400) на кафедрі механізації виробничих процесів у тваринництві в період з 2001 по 2005 роки під керівництвом д.т.н., професора М.В. Брагінця.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності технологічного процесу дозування концентрованих кормів шляхом розробки конструкції та визначення раціональних параметрів спірально-гвинтового дозатора концентрованих кормів із підвищеною несучою здатністю робочих органів.

Для досягнення поставленої мети в роботі було визначено такі завдання:

-

-

-

-

-

-

Об’єкт дослідження – технологічний процес дозування сухих сипких концентрованих кормів за допомогою дозатора з підвищеною несучою здатністю.

Предмет дослідження – закономірності технологічного процесу дозування сухих сипких концентрованих кормів лопатевим спірально-гвинтовим дозатором із підвищеною несучою здатністю.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження проведено з використанням основних методів системного аналізу, операцій, невизначених множників Лапласа, оптимальних моделей та основних положень теоретичної механіки, вищої математики і математичної статистики. Експериментальні дослідження проведено згідно з прийнятими, самостійно розробленими та вже відомими методиками в лабораторних умовах на розробленій автором експериментальній установці із використанням методів планування багатофакторного експерименту, розв’язання компромісної задачі та статистичного опрацювання результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Найважливіші результати дослідження, що характеризують наукову новизну і виносяться на захист, полягають у наступному:

- уперше отримано математичні залежності, які дозволяють визначити раціональні конструкторські та технологічні параметри нового дозатора концентрованих кормів;

- уперше визначено фактори, які впливають на ефективність технологічного процесу дозування концентрованих кормів лопатевим спірально-гвинтовим дозатором;

- уперше встановлено експериментальні залежності впливу конструкторських і технологічних параметрів на ефективність технологічного процесу дозування лопатевим спірально-гвинтовим дозатором;

- на підставі проведених досліджень запропоновано нову конструктивно-технологічну схему лопатевого спірально-гвинтового дозатора концентрованих кормів.

Новизну технічних рішень, отриманих і прийнятих під час розробки та дослідження лопатевого спірально-гвинтового дозатора, підтверджено деклараційним патентом України на корисну модель № 7161.

Практичне значення отриманих результатів. Проведені в дисертаційній роботі теоретичні дослідження дозволяють розраховувати та виготовляти лопатеві спірально-гвинтові дозатори з підвищеною несучою здатністю, а також обґрунтовувати раціональні режими роботи запропонованого дозатора концентрованих кормів для отримання максимальної ефективності технологічного процесу дозування.

Особистий внесок дисертанта.

Основні дослідження по темі дисертації виконані дисертантом особисто. Автором запропоновано новий лопатевий спірально-гвинтовий дозатор концентрованих кормів із підвищеною несучою здатністю, зокрема:

- розроблено удосконалену класифікацію способів і конструкцій для дозування кормів;

- виконано аналіз різних технологічних схем дозаторів кормів, а також аналіз наукових робіт, присвячених дозаторам кормів, на підставі якого було зроблено висновок про значущість впливу фактора несучої здатності робочого органу дозатора концентрованих кормів на технологічний процес дозування;

- проаналізовано існуючі тенденції підвищення ефективності технологічного процесу дозування концентрованих кормів;

- аналітично визначено теоретичні значення продуктивності та потужності, витраченої на дозування, а також раціональні параметри робочих органів;

- розроблено методику для експериментальної перевірки теоретичних положень дисертаційної роботи;

- визначені механіко-технологічні властивості досліджуваних матеріалів;

- проведено експериментальну перевірку теоретичних досліджень та на основі рішення компромісної задачі визначено оптимальні значення параметрів дозатора;

- запропоновано методику інженерного розрахунку лопатевого спірально-гвинтового дозатора концентрованих кормів;

- проведено техніко-економічний аналіз дозаторів кормів та розрахунок економічної ефективності розробленого дозатора концентрованих кормів.

Апробація результатів дисертації.

Основні дослідження дисертаційної роботи доповідались і одержали позитивну оцінку на науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу Луганського національного аграрного університету протягом 2002-2005 років, на ІV Міжнародний науково-практичній конференції „Сучасні проблеми землеробної механіки” (м. Харків, 2003 р.), на III Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (м. Харків, 2004), на звітній науково-практичній конференції НАУ (м. Київ, 2005 р.).

Повністю дисертаційну роботу було заслухано на науковому семінарі (розширеному засіданні) кафедри механізації виробничих процесів у тваринництві Луганського національного аграрного університету (Луганськ, 2005 р.) та на IV Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (м. Харків, 2005).

Публікації. За основними положеннями та результатами досліджень опубліковано 5 статей у фахових виданнях, затверджених „Переліком ВАК…” з технічних наук, (з них три статті опубліковані одноосібно) та одержаний деклараційний патент на корисну модель (№ 7161 від 15.06.2005 г.).

Обсяг і структура дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Повний обсяг дисертаційної роботи – 147 сторінок. На 124 сторінках викладено текст роботи, крім того, робота містить 15 таблиць, 41 рисунок, 5 додатків на 10 сторінках. На 13 сторінках викладено список використаних джерел із 147 найменувань (із них 9 на іноземній мові).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та поставлено задачі досліджень, наведено наукову новизну, практичне значення отриманих результатів та стислу характеристику дисертаційної роботи.

У першому розділі „Сучасний стан механізації технологічного процесу дозування концентрованих кормів. Мета та завдання досліджень” доведено важливість підвищення ефективності технологічного процесу дозування концентрованих кормів і вплив цього фактора на кількість та якість отриманої продукції тваринництва. Виконано аналіз існуючих технічних засобів для дозування концентрованих кормів, проведено критичний аналіз наукових робіт, присвячених цій проблемі. Запропоновано нову класифікацію і зроблено техніко-економічний аналіз дозаторів кормів, що використовуються в сільському господарстві (табл. 1). Результати аналізу показали, що найбільш перспективним є звичайний гнучкий спірально-гвинтовий дозатор (ГСГД).

Таблиця 1

Результати техніко-економічного аналізу існуючих дозаторів концентрованих кормів

Дозатор | Продуктивність, т/ч | Маса, кг | Потужність на привід, кВт | Ціна розрахункова, грн | Сумарний коефіцієнт

ДП-1 | 5 | 220 | 0,3 | 1776,5 | 9,83

ДК-10 | 0,6 | 500 | 0,5 | 4037,5 | 5,23

МТД-4А | 0,7 | 94 | 0,6 | 759,0 | 8,38

ДДТ | 7 | 850 | 2 | 6863,7 | 8,39

КОРК-15.03.01 | 6 | 62 | 1,5 | 500,6 | 13,79

ДС-15 | 15 | 480 | 0,6 | 3876,0 | 11,64

5ДК-200 | 1,2 | 700 | 11 | 5652,5 | -21,65

ГСГД | 1 | 20 | 0,1 | 161,5 | 26,50

Теоретичні та практичні основи для вивчення технологічного процесу дозування гвинтовими дозаторами, його різних аспектів та закономірностей викладено в працях П.М. Василенка, П.М. Заїки, О.О. Омельченка, Л.М. Куцина, Г.М. Кукти, П.І. Леонтьєва, Ю.Д. Відінєєва, С.П. Орлова, С.В. Мельникова, М.В.Брагінця, Г.А. Рогінського, В.І. Земскова, І.Я. Федоренка, К.В. Алферова, В.І.Лобанова, Л.Я. Степука, Є.Н. Михасенка, І.М. Лабоцького, О.С. Коломійця тощо.

Великий внесок у дослідження гнучких спірально-гвинтових конвеєрів (транспортерів, живильників, змішувачів, дозаторів) внесли О.М.Григор’єв, П.А. Преображенський, Б.М. Гевко, Р.М. Рогатинський, Є.П.Кудзієв, С.М. Михайлов, Р.Б. Гевко, И.Є. Груздєв, М.І. Пилипець, А.О.Вітровий, Д.В. Дмитрів, О.Я. Гурик, Г.С. Романюк, В.С. Шерстюк, Х. Геррман, В.С. Симанович, З.Ф. Каптур, М.Ф.Артюх, О.М. Артюх, Р.І. Розум, О.С.Коломієць, М.Г. Палкін та інші.

Після вивчення стану питання, критичного аналізу праць учених та тенденцій розвитку дозаторів кормів було зроблено висновок, що вплив на продуктивність такого фактора, як несуча здатність робочого органу, до цього часу залишався дещо поза увагою вчених. Вивчення стану питання показало, що підвищення несучої здатності основного робочого органу дозатора – циліндричної спіралі є однією з найбільш перспективних існуючих тенденцій до підвищення ефективності технологічного процесу дозування концентрованих кормів спірально-гвинтовими дозаторами.

У зв’язку з цим було висунуто гіпотезу: підвищити ефективність технологічного процесу дозування кормів можна за рахунок збільшення його несучої здатності.

Оскільки технологічний процес дозування сухих сипких матеріалів лопатевим спірально-гвинтовим дозатором ще не вивчений, то виникла необхідність його дослідження.

У другому розділі „Теоретичне обґрунтування процесу дозування концентрованих кормів лопатевим спірально-гвинтовим дозатором” на основі аналізу існуючих тенденцій розвитку дозаторів кормів було обґрунтовано та створено нову конструктивно-технологічну схему лопатевого спірально-гвинтового дозатора концентрованих кормів (рис. 1).

Лопатевий спірально-гвинтовий дозатор складається з таких елементів: електроприводу 1, який через фланець 2 приводить в дію циліндричну гвинтову спіраль 3 із закріпленими на ній лопатями 8, яка розміщена всередині кормопроводу (матеріалопроводу) 4. Кормопровід має два вікна – завантажувальне 5 та розвантажувальне 7.

Лопатевий спірально-гвинтовий дозатор може працювати за схемами “від приводу” та “до приводу”.

Запропонований лопатевий спірально-гвинтовий дозатор працює таким чином. Матеріал подається через завантажувальне вікно, підхоплюється спіраллю 3 та транспортується нею до вивантажувального вікна 7, де матеріал виходить назовні. Лопаті дозволяють підвищити несучу здатність спіралі за рахунок передачі імпульсу сили більшій кількості матеріалу.

Для розробленої конструктивно-технологічної схеми дозатора було виконано аналітичне дослідження технологічного процесу дозування з метою отримати аналітичне обґрунтування раціональних значень основних конструктивно-технологічних параметрів.

Загальновідомо, що в швидкохідних гвинтових транспортерах, у тому числі й у спірально-гвинтових дозаторах дозований матеріал набуває форми порожнистого циліндра, „розмазуючись” по внутрішній поверхні кормопроводу, і рухається по цій поверхні по гвинтовій траєкторії. Згідно з працями тернопільських учених докторів технічних наук Б.М. Гевка та Р.М. Рогатинського в швидкохідних спірально-гвинтових дозаторах елемент потоку матеріалу можна замінити квазітвердим тілом із центром ваги, що знаходиться від осі обертання на відстані рівній радіусу інерції потоку матеріалу .

Розглянуто сили, які діють на частку А (рис. 2), і спроектовано їх на координатні осі, та складено рівняння динамічної рівноваги.

На матеріальну точку A масою m1, що рухається по внутрішній циліндричній поверхні кормопроводу при сталому режимі діють такі сили (рис. 2):

- сила ваги G, спрямована вертикально вниз:

, Н, (2)

де g – прискорення вільного падіння, м/с2;

- відцентрова сила інерції Pц, спрямована по радіусу через точку прикладення сил (центр ваги шару):

, Н, (3)

де - кутова швидкість руху частки, с-1;

- абсолютна швидкість руху частки матеріалу, м/с;

бпод – кут підйому гвинтової лінії траєкторії, по якій рухається частка, град.

Кут підйому гвинтової лінії визначено за формулою:

, град, (4)

де - середній шаг траєкторії руху частки дозованого матеріалу в потоці, м.

Середній шаг гвинтової лінії траєкторії руху потоку часток дозованого матеріалу на основі розробок д.т.н. Гевка Б.М. і Рогатинського Р.М. визначено за формулою:

, м, (5)

де кл – коефіцієнт, що враховує шаг розстановки лопатей;

- коефіцієнт тертя дозованого матеріалу по поверхні кормопроводу;

- реакція на матеріал зі сторони поверхні лопаті Nл, яка спрямована по нормалі до поверхні лопаті:

, Н; (6)

- реакція на матеріал зі сторони внутрішньої поверхні кормопроводу Nк, яка спрямована по нормалі до поверхні:

, Н; (7)

- сила тертя дозованого матеріалу Fл по поверхні лопаті, яка спрямована протилежно вектору абсолютної швидкості:

, Н, (8

де - коефіцієнт тертя дозованого матеріалу по поверхні лопаті;

- сила тертя дозуємого матеріалу Fк по внутрішній поверхні кормопроводу, яка спрямована протилежно вектору абсолютної швидкості:

, Н; (9)

- коріолісова сила інерції, яка спрямована перпендикулярно до відносної швидкості матеріалу і до вектору переносного обертового руху:

, Н. (10)

Рівняння динамічної рівноваги частки можна отримати, спроектувавши всі сили, що діють на частку на координатні вісі Х, Y и Z. У стані динамічної рівноваги сума всіх зовнішніх сил, сил інерції та сил тертя, прикладених до частки в центрі ваги шару, повинна бути рівною нулю.

Спроектувавши вище перелічені сили на координатні осі, отримано такі рівняння:

, Н, (11)

, Н, (12)

, Н, (13)

де ? – кут повороту спіралі з лопатями, град;

- кут підйому гвинтової лінії, по якій рухається частка дозованого матеріалу, град;

- кут атаки лопаті, град.

Розв’язуючи рівняння (11-13) відносно, отримуємо вираз для визначення абсолютної швидкості частки дозованого матеріалу:

, м/с, (14)

де А – коефіцієнт, прийнятий для спрощення формули:

. (15)

На підставі відомих даних абсолютна швидкість руху частки дозованого матеріалу складається з двох складових: осьової хос і обертової хгр швидкостей частки

, м/с. (16)

Осьову швидкість частки визначено за формулою, яку отримано в результаті складення та розв’язання плану швидкостей:

, м/с. (17)

Таким чином, повертаємося до відомої формули для визначення продуктивності спірально-гвинтового дозатора, але вже з введенням у неї коефіцієнтів, що враховують несучу здатність лопатевого спірально-гвинтового дозатора:

,м/с,(18)

де - число, яке залежить від режимів роботи дозатора;

- площа поперечного перерізу потоку матеріалу, м2;

- об’ємна маса матеріалу, кг/м3.

- коефіцієнт, що враховує нерівномірність зміни осьової швидкості в залежності від положення частки на внутрішній поверхні кормопроводу.

Найважливішим енергетичним параметром, що характеризує процес дозування є потужність, що витрачається на привод дозатора. Підґрунтям для розрахунків стали праці за теоретичним визначення потужності для приводу швидкохідних шнекових та спірально-гвинтових конвеєрів.

Потужність двигуна при роботі лопатевого спірально-гвинтового дозатора витрачається на такі процеси:

1) на переборювання сил інерції при завантаженні матеріалу в дозатор (швидкість частки матеріалу практично миттєво змінюється від 0 до ?а) – N1;

2) на переборювання сил тертя по внутрішній поверхні кормопроводу дозатора – N2;

3) на переборювання сил тертя по лопатям дозатора – N3;

4) на переборювання сил тертя по поверхні спіралі дозатора (враховується поправочним коефіцієнтом );

5) на перемішування і роздрібнювання матеріалу (враховується поправочним коефіцієнтом ).

Потужність, що витрачається в момент завантаження на надання частці матеріалу імпульсу сили, дозволяє змінювати її абсолютну швидкість від 0 до ?а. Оскільки швидкість ?а надається матеріалу практично миттєво, тому, користуючись теоремою рівності імпульсу сили прирощенню кількості руху отримаємо:

, кВт. (19)

Потужність, що витрачається на тертя матеріалу по внутрішній поверхні лопатевого спірально-гвинтового дозатора:

, кВт. (20)

Потужність, що витрачається на тертя матеріалу по поверхні лопатей дозатора:

, кВт. (21)

Потужність двигуна на перемішування, роздрібнювання та тертя по поверхні спіралі враховуємо за допомогою поправочних коефіцієнтів та

, кВт, (22)

де - поправочний емпіричний коефіцієнт, який враховує перемішування і роздрібнювання дозованого матеріалу;

- поправочний емпіричний коефіцієнт, який враховує витрати потужності на тертя матеріалу по поверхні спіралі.

Проведені дослідження дозволили теоретично обґрунтувати робочий процес лопатевого спірально-гвинтового дозатора концентрованих кормів та визначити величини основних конструкторських параметрів дозатора. В результаті розрахунків, проведених для сухого сипкого матеріалу (комбікорму) з коефіцієнтами тертя (по сталі) = = 0,816, при куті атаки в діапазоні від 0 до 40, шагу розстановки лопатей по повздовжній осі спіралі в діапазоні від 15 до 65 мм та частоті обертання спіралі з лопатями в діапазоні 10...16,67 с-1 теоретична продуктивність знаходилась у діапазоні від 0,88 до 1,44 кг/с. Найбільшу продуктивність Q = 1,44 кг/с було отримано при частоті обертання 16,67 с-1, куті атаки 20 та шагу розстановки лопатей 35 мм.

Результати розрахунків продуктивності лопатевого спірально-гвинтового дозатора в графічній формі представлені на рис. 3.

У третьому розділі „Програма та методика експериментальних досліджень” приведено програму експериментальних досліджень, описано експериментальну установку, наведено методики проведення і обробки результатів експериментальних досліджень та оптимізації конструктивно-технологічних параметрів дозатора.

У програмі відображено рішення таких питань: визначення основних механіко-технологічних характеристик дозованих матеріалів (комбікорму та зерна пшениці); перевірка отриманих аналітичним шляхом залежностей, визначення основних раціональних параметрів робочих органів і їх оптимізація із метою отримання максимальної продуктивності при мінімальних питомих енерговитратах та достатній точності (рішення компромісної задачі).

При проведенні лабораторних досліджень особливу увагу було приділено визначенню реальних механіко-технологічних характеристик дозованих концентрованих кормів (зерна пшениці та комбікорму) – вологості, коефіцієнту тертя по поверхні кормопроводу та лопаті, коефіцієнту внутрішнього тертя, насипній щільності.

Для проведення експериментальних досліджень у лабораторії ЛНАУ було сконструйовано та виготовлено експериментальну установку (рис. 4).

Лабораторна установка для експериментального дослідження процесу дозування матеріалів лопатевим спірально-гвинтовим дозатором складається зі зварної рами 8, на якій закріплено бункер для досліджуваного матеріалу (концентрованого корму); електроприводу 6, який складається із електродвигуна постійного току, клинопасової передачі та регулятора напруги; привідної 3 та холостої 9 опор (підшипникових вузлів), у яких закріплено циліндричну гвинтову спіраль із закріпленими на ній лопатями; кормопроводу 4 із завантажувальною камерою 2 та вивантажувальним патрубком 7. Матеріал подавався через завантажувальну камеру із регульованим перерізом, транспортувався спіраллю із закріпленими на ній лопатями та вивантажувався через патрубок на стрічковий транспортер, із розставленими на ньому приймальними ємностями.

В експериментальній установці передбачено можливість регулювання:

- коефіцієнту заповнення кормопроводу шляхом зміни перерізу завантажувальної камери;

- частоти обертання спіралі шляхом зміни напруги на електродвигуні постійного струму та зміни шківів на клинопасовій передачі;

- шагу розстановки лопатей уздовж повздовжньої осі спіралі шляхом їх пересування по спіралі;

- кута атаки лопатей шляхом повороту стійки лопаті.

Регулювання шагу розстановки лопатей та зміну їх кута атаки досягнено завдяки спеціальному закріпленню їх на спіралі (рис. 5).

Лопаті 1 закріплено на спіралі 4 за допомогою обойм, виконаних у вигляді хомутів 2. Лопаті з натягом закріплено в стійках 3, які було просунуті у вушка обойм 2 і стягували обойму, не даючи їй пересуватись по спіралі. На нижній кінець стійки накручено стяжну гайку.

Для оптимізації конструктивно-технологічних параметрів лопатевого спірально-гвинтового дозатора використовувався метод планування багатофакторного експерименту. За критерії оптимізації параметрів дозатора було прийнято продуктивність Q та питомі енерговитрати qN (табл. 2).

На основі пошукових експериментів та апріорних допущень, які було зроблено в результаті аналізу наукових робіт, присвячених спірально-гвинтовим та лопатевим дозаторам, за фактори оптимізації було обрано: частоту обертання спіралі n, кут атаки лопаті бат та шаг розстановки лопатей уздовж повздовжньої осі спіралі Sл.

Після отримання рівнянь регресії було розв’язано компромісну задачу – на поверхні відклику основного параметру оптимізації накладали обмеження додаткового параметру і знайдено оптимальні точки.

Лабораторні дослідження виконано на суміші гранульованого й розсипного комбікормів та зерні пшениці. Багатофакторний експеримент проведено тільки на комбікормі, оскільки зерно фуражної пшениці нераціонально згодовувати тваринам в чистому вигляді.

Таблиця 2

Кодування факторів і вибір інтервалів їх варіювання

Позначення фактора | х1 | х2 | х3

Найменування фактора | Частота обертання, с-1 | Кут атаки лопаті, град | Шаг лопатей, мм

Умовне позначення | n | б | Sл

Базовий рівень | 14,67 | 20 | 47

Інтервал варіювання | 2 | 20 | 8

Верхній рівень фактора | 16,67 | 40 | 55

Нижній рівень фактора | 12,67 | 0 | 39

Функція відклику | Q | Продуктивність дозатора

qN | Енергоємність дозатора

У четвертому розділі „Результати експериментальних досліджень” представлено результати лабораторних експериментальних досліджень механіко-технологічних характеристик дозованого матеріалу та конструктивно-технологічних характеристик дозатора.

Було встановлено, що механіко-технологічні властивості дозованих кормів дозволяють вважати їх абсолютно сипкими матеріалами.

Було реалізовано майже рототабельний план Бокса-Бенкіна другого порядку.

Експериментальними дослідженнями доведено, що ефективність технологічного процесу дозування концентрованих кормів лопатевим спірально-гвинтовим дозатором можна підвищити за рахунок збільшення несучої здатності спіралі шляхом встановлення на ній лопатей із регульованим кутом атаки.

Результати експериментальних досліджень було оброблено за допомогою пакета програм Statistica 6.0 for Windows для ПЕОМ. Було перевірено однорідность дисперсій, статистичну значимість коефіцієнтів варіації та адекватність отриманих математичних моделей. В результаті розрахунків було отримані рівняння регресії:

, кг/с,(19)

, Вт·с/кг. (20)

Аналіз рівнянь регресії (графічне зображення яких представлено на рис. 7) показав, що зі збільшенням швидкості обертання циліндричної спіралі із лопатями для досягнення максимальної ефективності технологічного процесу необхідно зменшувати кут атаки лопатей. Адже при збільшенні кута атаки виростає енергоємність процесу.

Розв’язуючи компромісну задачу за методом невизначених множників Лапласа отримуємо, що при питомій енергоємністі 600 Вт·с/кг та продуктивності дозатора 1,268 кг/с оптимальні параметри лопатевого спірально-гвинтового дозатора складатимуть: 13,15 с-1, 32,35, 64,1 мм.

Експериментальні дослідження показали, що теоретична результати в середньому перевищують експериментальні в середньому приблизно на 18 %. Адже в теоретичному плані розглядався ідеалізований, а не реальний процес.

У п’ятому розділі „Рекомендації виробництву щодо використання розробленого дозатора та методика інженерного розрахунку” приведено розроблені рекомендації виробництву щодо ефективного використання дозатора та методику його інженерного розрахунку.

Рекомендації щодо використання розробленого дозатора передано керівництву Головного управління сільського господарства та продовольства облдержадміністрації Луганської області, а також керівництву СТОВ „Степове” Слов’яносербського району та керівництву Деркульського кінного заводу № 63 Луганської області. Методичне забезпечення та експериментальний зразок дозатора для дозування концентрованих кормів впроваджено в навчальний процес на кафедрі механізації виробничих процесів у тваринництві Луганського національного аграрного університету.

У шостому розділі „Економічна ефективність застосування лопатевого спірально-гвинтового дозатора концентрованих кормів” наведено результати визначення техніко-економічних показників застосування в сільському господарстві лопатевого спірально-гвинтового дозатора, який може використовуватися замість ручної праці людей та пристрою ПРММ-5 до кормороздавача РММ-5.

При розрахунковій ціні 900 грн від використання одного такого дозатора очікується річний ефект у розмірі 2104 та 998 грн (відповідно в порівнянні з ручною працею людей та використанням замість пристрою ПРММ-5 до кормороздавача РММ-5). Термін окупності складе відповідно 6 та 12 місяців.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Розв’язання задачі підвищення ефективності технологічного процесу дозування концентрованих кормів до цього часу залишається актуальною задачею, оскільки не виключена ручна праця, а існуючі пристрої для дозування концентрованих кормів метало- та енергоємні, що знижує ефективність їх застосування.

2. Аналіз існуючих способів, пристроїв та робочих органів для дозування концентрованих кормів, наукових досліджень і патентів, присвячених дозуванню, дозволили обґрунтувати, розробити та створити конструктивно-технологічну схему дозатора концентрованих кормів із підвищеною несучою здатністю.

3. Виконані аналітико-теоретичні дослідження дозволили теоретично обґрунтувати робочий процес лопатевого спірально-гвинтового дозатора з підвищеною несучою здатністю та визначити конструктивно-технологічні параметри дозатора (1-18).

4. Експериментальні дослідження технологічного процесу лопатевого спірально-гвинтового дозатора концентрованих кормів дозволили:

- визначити механіко-технологічні властивості дозованих сухих сипких кормів – комбікорму та зерна фуражної пшениці (відповідно, коефіцієнти тертя по сталі 0,816 та 0,412, коефіцієнти внутрішнього тертя 0,703 та 0,520, відносна вологість 12,11 та 11,34%);

- оптимізувати за допомогою методів багатофакторного планування та розв’язання компромісної задачі основні конструктивно-технологічні характеристики лопатевого спірально-гвинтового дозатора концентрованих кормів (13,15 с-1, 32,35, 64,1 мм), при цьому продуктивність склала 1,268 кг/с, а питома енергоємність 600 Вт·с/кг;

- визначити точність роботи дозатора (середнє відхилення знаходилось в межах 0,47...4,69%);

- визначити експериментальну продуктивність та потужність на переміщення матеріалу в лопатевому спірально-гвинтовому дозаторі (максимальна продуктивність і потужність на переміщення склали відповідно 1,5 кг/с та 1200 Вт).

5. Лабораторні випробування лопатевого спірально-гвинтового дозатора підтвердили висунуту гіпотезу й довели можливість підвищення ефективності дозування концентрованих кормів за рахунок підвищення несучої здатності шляхом використання лопатей із регульованим шагом і кутом атаки (продуктивність в середньому збільшилася на 20...30 %, при цьому точність залишалася в межах дозволеного відхилення).

6. Використання розробленого лопатевого спірально-гвинтового дозатора дозволило отримати річний економічний ефект і термін окупності додаткових капітальних вкладень відповідно:

- при порівнянні із бункером-дозатором ПРММ-5 – 998 грн та 1 рік;

- при порівнянні із ручним способом дозування – 2104 грн та 0,48 року.

7. Розроблені рекомендації щодо використання лопатевого спірально-гвинтового дозатора та методика його інженерного розрахунку підтверджують можливість ефективного використання цієї машини на тваринницьких підприємствах різних розмірів та форм власності. Дані розробки можуть бути корисними науково-дослідним та проектно-конструкторським організаціям та установам, які працюють над проблемою дозування та транспортування сипких матеріалів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Брагинец Н.В., Вольвак С.Ф., Лангазов В.В. К обоснованию значимости дозирования кормов / Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. – Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2002. - № 17 (29). – С. 29 – 33 (частка здобувача 50 %).

2. Брагинец Н.В., Вольвак С.Ф., Лангазов В.В. Выбор дозатора концентрированных кормов для малых ферм / Збірник наукових праць Луганського національного університету. Серія: Технічні науки. – Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2003. - № 31 (43). – С. 65 – 69 (частка здобувача 60 %).

3. Лангазов В.В. Анализ теоретических исследований по определению производительности спирально-винтовых дозаторов / Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. – Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2004. - № 42 (54). – С. 98 – 103.

4. Лангазов В.В. Определение производительности лопастного спирально-винтового дозатора / Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Випуск 24. Технічний сервіс АПК. Техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні. – Харків ХДТУСГ, 2004. – С. 95 – 98.

5. Лангазов В.В. Определение абсолютной скорости частицы, движущейся по внутренней поверхности лопастного спирально-винтового дозатора / Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. – Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2005. - № 49 (72). – С. 155 - 159.

6. Пат. 7161 Україна, МКИ B 65 G 33/14, B 65 G 33/16. Спірально-лопатевий конвеєр (дозатор) : Пат. 7161 Україна, МКИ B 65 G 33/14, B 65 G 33/16 / Брагінець М.В., Лангазов В.В.; ЛНАУ. – Заявл. 29.09.2004; Опубл. 15.06.2005; Бюл. № 6. – 2 с (частка здобувача 75 %).

АНОТАЦІЯ

Лангазов В.В. Підвищення ефективності технологічного процесу дозування концентрованих кормів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Луганський національний аграрний університет, Луганськ, 2005.

Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності технологічного процесу дозування концентрованих кормів. Проаналізовано конструкції існуючих дозаторів концентрованих кормів та праці вчених, присвячених цій проблемі, доведена необхідність розробки лопатевого спірально-гвинтового дозатора.

Розроблено конструктивно-технологічну схему дозатора. Виконано теоретичний аналіз технологічного процесу дозування концентрованих кормів. Визначено основні конструкторсько-режимні параметри дозатора, проведено їх оптимізацію шляхом рішення компромісної задачі.

Експериментальними дослідженнями доведено працездатність та ефективність роботи дозатора. Розроблено рекомендації щодо використання розробленого дозатора.

Ключові слова: концентровані корма, дозування, лопать, несуча здатність, спірально-гвинтовий, продуктивність, енергоємність, компромісна задача.

АННОТАЦИЯ

Лангазов В.В. Повышение эффективности технологического процесса дозирования концентрированных кормов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Луганский национальный аграрный университет, Луганск, 2004.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности технологического процесса дозирования концентрированных кормов.

На основании результатов проведенного критического анализа способов дозирования, конструкций существующих дозаторов концентрированных кормов и работ ученых, посвященных этой проблеме, доказана необходимость разработки лопастного спирально-винтового дозатора, позволяющего повысить производительность и снизить удельные затраты энергии при дозировании за счет повышения несущей способности рабочих органов дозатора.

На основе анализа существующих дозаторов разработана конструктивно-технологическая схема лопастного спирально-винтового дозатора концентрированных кормов. Проведен теоретический анализ технологического процесса дозирования сухих сыпучих кормов, в результате которого получены математические зависимости, характеризующие технологический процесс дозирования концентрированных кормов и позволяющие теоретически определять основные конструкторско-технологические параметры дозатора.

Выполнена оптимизация основных конструкторско-технологических параметров дозатора путем решения компромиссной задачи.

В результате проведенных исследований разработан лопастной спирально-винтовой дозатор концентрированных кормов, проверка работы которого в лабораторных условиях показала его работоспособность и эффективность (декларационный патент Украины на полезную модель № 7161).

Предложены рекомендации по использованию разработанного дозатора и методика его инженерного расчета, которые подтверждают возможность его широкого и эффективного использования на животноводческих предприятиях различных размеров и форм собственности.

Ключевые слова: концентрированные корма, дозирование, лопасть, несущая способность, спирально-винтовой, производительность, энергоемкость, компромиссная задача.

ANNOTATION

Langazov V.V. Increasing efficiency of technological process of concentrated feed metering. - Manuscript.

Thesis for a candidate’s of technical science degree on speciality 05.05.11 – machines and means of farm production mechanization. Lugansk national agrarian university. Lugansk – 2005.

The thesis is devoted to the problems increasing efficiency of technological process of concentrated metering.

Designs of existent of concentrated feed meters and scientists’ works devoted to this problem have been analysed and the necessity of development of a blade spiral meter has been proved.

A constructive technological design of the meter has been developed. The theoretical analysis of technological process of concentrated feed metering has been conducted. Basic mechanical and technological properties of the meter have been defined and their optimization by means of solving compromise task has been carried out.

With the help experimental research working capacity and efficiency of the meter have been proved. Recommendations on the use of the developed meter have been worked out.

The keywords: concentrated feeds, metering, blade, carrying, capacity, spiral, efficiency, power consuming capacity, compromise task.

Підписано до друку 15.11.2005 р. Формат 60х84

Папір офс. Гарнітура “Таймс”.

Друк офс. Ум. друк. арк. 0,9. Обл.-вид. арк. 1,2. Тираж 100 прим. Зам. 74

Видавництво ЛНАУ

Адреса: 91008, Луганськ-8, Луганський національний аграрний університет,

тел. 96-75-84