ЛУГАНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БОГДАНОВ ЄВГЕН ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 631.363:66.028.2

001.66:631.22:334.7(043.3)

ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

ТА РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ ВІБРАЦІЙНОГО ДОЗАТОРА

МОБІЛЬНОГО КОМБІКОРМОПРИГОТУВАЛЬНОГО АГРЕГАТУ

05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського

виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Луганськ 2007

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент,

ВОЛЬВАК Сергій Федорович,

Луганський національний аграрний університет,

доцент кафедри механізації виробничих процесів у тваринництві.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

КОТОВ Борис Іванович

ННЦ "Інститут механізації та електрифікації сільського господарства" УААН, головний науковий співробітник лабораторії післязбиральної обробки зерна.

кандидат технічних наук, доцент,

ПАНКОВ Андрій Олександрович,

Луганський національний аграрний університет,

доцент кафедри тракторів та автомобілів.

Провідна установа: Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. П.М. Василенка Міністерства аграрної політики України.

Захист відбудеться „_25_” квітня 2007 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 29.841.01 в 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 у бібліотеці Луганського національного аграрного університету за адресою: 91008, м. Луганськ, Луганський національний аграрний університет.

Автореферат розіслано „___” листопада 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент В.Є. Кириченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Рівень механізації тваринництва досить точно відображує загальний рівень механізації сільського господарства. Сьогодні тваринництво знаходиться в досить скрутному становищі. Це трапилось у зв’язку з розформуванням великих тваринницьких комплексів та появою великої кількості малих ферм та фермерських господарств, які займаються тваринництвом. Система машин, розроблена для тваринництва, виявилася застарілою та такою, яку неможливо використати для обслуговування невеликого поголів’я тварин. У зв’язку з цим виникла необхідність розробки нових засобів механізації, при створенні яких потрібно врахувати нові умови роботи та вимоги до засобів механізації тваринництва.

Годування тварин є основним фактором, який обумовлює їх продуктивність та отримання продукції високої якості, а також зниження собівартості продукції тваринництва. Вітчизняна та закордонна практика показує, що затрати на виробництво комбікормів, капітальні вкладення та транспорт значно нижче при використанні цехів та агрегатів для виробництва комбікормів безпосередньо в господарствах. Тільки за рахунок зниження перевезень вартість комбікормів такого виробництва на 15...20% нижче заводських, але вартість такого агрегату дозволяє придбати його тільки спільно кількома фермерами, або великими тваринницькими господарствами. Оскільки тваринницькі об’єкти знаходяться на відстані до 25 км один від одного, то комбікормовий агрегат, який використовують декілька господарств, повинен бути мобільним. Дозування компонентів при виробництві комбікормів є найбільш відповідальним процесом, оскільки відхилення від норми дозування призводить до зниження поживної вартості комбікорму або зайвим витратам сировини, а відхилення при дозуванні преміксів може викликати хвороби або отруєння тварин. Тому розробка дозатора для мобільного комбікормоприготувального агрегату з низькою метало- та енергоємністю, який задовольняє вимоги за точністю дозування, є актуальною задачею, вирішенню якої присвячена дана робота.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відповідності з державною програмою "Комплексна механізація виробничих процесів в АПК” у Луганському національному аграрному університеті (№ державної реєстрації 0104U005400) на кафедрі механізації виробничих процесів у тваринництві в період з 2003 по 2007 роки.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності процесу дозування сипких матеріалів при виробництві комбікормів мобільним агрегатом шляхом вдосконалення технології та реалізації раціональних конструктивних та режимних параметрів вібраційного дозатора зі зниженим тиском матеріалу на робочий орган.

Для досягнення поставленої мети в роботі було визначено такі задачі:

- обґрунтувати напрямок вдосконалення технологічного процесу дозування і перспективну конструктивно-технологічну схему дозатора мобільного комбікормоприготувального агрегату;

- розробити вдосконалену математичну модель процесу дозування зернових матеріалів вібраційним дозатором вібролоток якого має механічний привод за допомогою кривошипно-шатунного механізму;

- проаналізувати вплив режимів роботи та конструктивних параметрів на технологічні показники процесу дозування та обґрунтувати раціональні показники технологічного процесу дозування;

- провести експериментальні дослідження процесу дозування, визначити зв’язок конструктивних та режимних параметрів та їх вплив на технологічні та енергетичні показники;

- провести лабораторно-виробничу перевірку дослідного зразка вібраційного дозатора та визначити економічну ефективність його використання.

Об’єкт дослідження – технологічний процес дозування зернових компонентів комбікормів за допомогою вібраційного дозатора зі зниженим тиском матеріалу на робочий орган.

Предмет дослідження – встановлення закономірностей у технологічному процесі дозування зернових компонентів комбікормів, теоретичне та експериментальне обґрунтування раціональних параметрів вібраційного дозатора зі зниженим тиском матеріалу на робочий орган.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження проводилися з використанням основних положень фізики, технічної механіки, вищої математики та математичної статистики, а експериментальні дослідження - згідно існуючих методик та галузевих стандартів у лабораторних умовах на розробленій експериментальній установці з використанням планування багатофакторного експерименту і застосуванням методів статистичної обробки результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукову новизну становлять:

- обґрунтовано новий напрямок вдосконалення технологічного процесу дозування сипких матеріалів та конструкції дозаторів;

- розроблено вдосконалену математичну модель процесу дозування сипких матеріалів, яка враховує зменшення тиску матеріалу, що дозується, на робочий орган дозатора та дозволяє визначити швидкість руху частки матеріалу;

- вперше теоретично визначено вплив конструктивних та режимних параметрів дозатора, вібролоток якого має механічний привод за допомогою кривошипно-шатунного механізму, на ефективність технологічного процесу вібраційного дозування сипких матеріалів;

- отримала подальший розвиток реалізація методу планування експерименту та вперше проведено експериментальне дослідження вібраційного дозатора сипких матеріалів, вібролоток якого має механічний привод за допомогою кривошипно-шатунного механізму;

- вперше методом планування експерименту встановлено та кількісно оцінено зв’язок конструктивно-режимних параметрів на технологічні та енергетичні показники процесу дозування сипких матеріалів вібраційним дозатором, вібролоток якого має механічний привод за допомогою кривошипно-шатунного механізму.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці конструкції та обґрунтуванні раціональних (оптимальних) конструктивно-технологічних параметрів вібраційного дозатора зі зниженим тиском матеріалу на робочий орган, який дозволяє підвищити продуктивність та зменшити енергоємність процесу дозування зернових матеріалів. Розроблено методику інженерного розрахунку запропонованого дозатора.

Спроектовано та виготовлено дослідно-промисловий зразок вібраційного дозатора зі зменшеним тиском матеріалу на робочий орган, рекомендації щодо впровадження якого у виробничий процес було передано у СТОВ „Мирная долина” Краснодонського району та ВАТ „Племзавод им. Литвинова” Слов’яносербського району Луганської області.

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження за темою дисертаційної роботи виконано здобувачем особисто, зокрема: проведено аналіз існуючих дозаторів та обґрунтовано перспективні напрямки підвищення ефективності технологічного процесу дозування сипких матеріалів; розроблено функціональну модель роботи дозатора при виробництві комбікормів у складі пересувного комбікормоприготувального агрегату; розроблено конструктивно-технологічну схему вдосконаленого вібраційного дозатора та теоретично досліджено процес дозування сипких матеріалів; отримано вдосконалену математичну модель процесу дозування сипких матеріалів за допомогою запропонованого вібраційного дозатора зі зниженим тиском матеріалу на робочий орган; визначено теоретичним шляхом раціональні конструктивно-технологічні параметри вібраційного дозатора, а також їх вплив на продуктивність та енергоємність технологічного процесу дозування сипких матеріалів; шляхом багатофакторного експерименту обґрунтовано раціональні конструктивно-технологічні параметри дозатора; розроблено методику інженерного розрахунку вібраційного дозатора та рекомендації щодо його використання у виробництві; визначено механіко-технологічні властивості сипких матеріалів, які використовуються як концентровані корми; проведено техніко-економічний аналіз дозаторів зернових компонентів комбікормів та розрахунок економічної ефективності розробленого дозатора сипких матеріалів при його впровадженні для дозування зернових компонентів комбікормів.

Апробація результатів дисертації. Результати наукових досліджень доповідалися на щорічних наукових конференціях Луганського національного аграрного університету (2004-2006 рр.); ІV Міжнародній науково-практичній конференції „Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (м. Харків, 2005); ХІV Міжнародній науково-технічній конференції „Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (смт. Глеваха, 2006); VII Міжнародній науковій конференції „Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Мелітополь, 2006).

Повністю дисертаційну роботу було заслухано на розширеному засіданні кафедри механізації виробничих процесів у тваринництві Луганського національного аграрного університету (м. Луганськ, 2006 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 6 статей у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, 3 з яких - одноосібно. Подано заявку на деклараційний патент України.

Обсяг і структура дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 155 назв, із них 5 на іноземній мові, та додатків. Основний зміст дисертаційної роботи викладено на 178 сторінках, робота містить 65 рисунків, 16 таблиць та 20 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об’єкт, предмет та задачі досліджень, які вирішуються в роботі. Подано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, а також інформацію щодо апробації, структури та обсягу роботи.

У першому розділі „Сучасний стан механізації технологічного процесу дозування зернових компонентів при виробництві комбікормів” доведено необхідність виробництва комбікормів в умовах господарства та важливість технологічного процесу дозування зернових компонентів при виробництві комбікормів, запропоновано класифікацію дозаторів сипких матеріалів, виконано аналіз існуючих технічних засобів для дозування зернових та сипких матеріалів, зроблено багатокритеріальний аналіз дозаторів основних типів, на основі якого доведено, що найбільш перспективним для мобільного комбікормоприготувального агрегату є вібраційний дозатор.

Теоретичні та практичні основи для вивчення технологічного процесу вібраційного переміщення та дозування матеріалів, його різних аспектів та закономірностей викладено в працях відомих вчених: Василенка П.М., Заіки П.М., Бєрніка П.С., Ревенка І.І., Листопада Г.Є., Мельникова С.В., Кукти Г.М., Котова Б.І., Тищенка Л.М., Земскова В.І., Федоренко І.Я., Сегеди М.В., Коваля В.Я., Кириченка В.Є., Скотаренка В.В., Панкова А.О., Сухіна В.С., Сабієва У.К., Леонтьєва П.І., Орлова С.П., Алферова К.В., Омельченка О.О., Куцина Л.М., Лобанова В.І., та інших.

Після критичного аналізу праць вчених було з’ясовано, що вплив на продуктивність дозатора такого фактора, як тиск матеріалу на робочий орган, досі залишався поза увагою.

У зв’язку з цим, було висунуто гіпотезу, що підвищити ефективність технологічного процесу вібраційного дозування зернових компонентів комбікормів можна за рахунок зменшення тиску дозуємого матеріалу на робочий орган дозатора.

Оскільки технологічний процес дозування зернових компонентів комбікормів вібраційним дозатором зі зменшеним тиском дозуємого матеріалу на робочий орган недостатньо вивчений, виникає необхідність обґрунтувати його конструктивно-технологічні параметри.

У другому розділі „Теоретичне дослідження технологічного процесу дозування зернових матеріалів вібраційним дозатором” на основі проведених досліджень було розроблено розрахункову модель функціонування дозуючої системи при виробництві комбікормів та обґрунтовано конструктивно-технологічну схему вібраційного дозатора зернових матеріалів (рис. 1).

Запропонований вібраційний дозатор працює таким чином: матеріал з бункеру 2 під дією власної маси поступає в корпус дозатора 3 і потім надходить до шлюзової камери 11, при обертанні кривошипа 5 шатун 6 тягне вібролоток 7 і, стискуючи зворотну пружину 9, відкриває випускний канал, матеріал починає виходити на зовні і, відбиваючись від направляючої стінки випускного каналу, зсипається вниз. При подальшому русі кривошипа шатун повертається у вихідне положення і зворотна пружина закриває випускний канал дозатора. Винесення вібролотка з-під бункеру вперед і створення шлюзової камери дозволяє знизити енергоємність процесу за рахунок прикладення меншого зусилля для закриття випускного каналу.

У зв’язку з конструктивно-технологічною схемою вібраційного дозатора було побудовано кінематичну схему дозатора, який досліджується (рис. 2).

Для розробленої конструктивно-технологічної схеми вібраційного дозатора було виконано аналітичне дослідження процесу руху частки матеріалу всередині дозатора з метою отримати аналітичне обґрунтування раціональних значень основних конструктивно-технологічних параметрів дозатора. Диференційне рівняння руху частки сипкого матеріалу буде мати вигляд:

, (1)

де m – маса частки матеріалу, кг;

z – переміщення частки від центру обертання вібролотка, м;

G – сила тяжіння, Н;

Fтр – сила тертя, Н;

б – кут нахилу вібролотка дозатора, град;

м – коефіцієнт тертя.

Виходячи з рис. 2, залежність координат точки В як функція часу буде мати вигляд:

, м; (2)

, м; (3)

, м (4)

де L – довжина шатуна, м;

l – довжина вібролотка, м.

Розглянувши рух тіла масою m, яке знаходиться на похилій площині вібролотка (рис. 2) та, прийнявши до уваги залежності (2) та (3), отримуємо закон руху частки матеріалу по поверхні вібролотка дозатора:

, Н (5)

де g – прискорення вільного падіння, м/с2.

Таким чином, переміщення частки можна визначити як різницю між початковою координатою z та новою координатою z2:

, м (6)

де t1 – часова координата відриву частки від поверхні вібролотка, с;

t2 – часова координата приземлення частки, с.

Отримані математичні залежності розв’язуються числовими методами. Для визначення швидкості руху частки необхідно прийняти деякі узагальнення та провести статичний аналіз вібродозатора, що пропонується, у інерційній системі відліку. При відкритті шлюзу швидкість частки матеріалу, що лежить на середині вібролотка, без відриву від його поверхні (рис. 2, 3), буде визначатися рівнянням:

, м/с (7)

де S – амплітуду коливань вібролотка, м;

r – радіус обертання кривошипу приводу, м;

h – висота робочого сектора траєкторії руху кривошипу привода м;

n – частота обертання кривошипу привода, хв-1.

Залежність висоти робочого сектора кривошипу привода h та амплітуди коливань вібролотка S було визначено за емпіричною залежністю:

, м, (8)

де А0, А1, А2 – емпіричні коефіцієнти (табл. 1).

Таблиця 1

Результати визначення емпіричних коефіцієнтів

Показники | Кут нахилу вібролотка б

10° | 17,5° | 25° | 32,5° | 40°

А0 | -0,126 | -3,44·10-2 | 7,86·10-2 | 3,59·10-2 | -0,248

А1 | 0,565 | 0,607 | 0,677 | 0,663 | 0,869

А2 | 1,14·10-3 | 1,52·10-3 | 9,67·10-4 | 2,77·10-3 | -7,07·10--4

При закритті шлюзу швидкість частки буде складатися з початкової швидкості частки та окружної швидкості вібролотка. Окружна швидкість вібролотка складає:

, м/с. (9)

Таким чином, середня швидкість руху частки матеріалу при закритті витоку визначається за очевидною формулою:

, м/с. (10)

Тоді швидкість руху матеріалу через виток дозатора буде визначатися як середньо- арифметична швидкість частки під час відкриття та закриття витоку.

При русі частки матеріалу з відривом від поверхні вібролотка, враховуючи змінний кут нахилу вібролотка, її середня швидкість буде визначатися за таким рівнянням:

, м/с (11)

де p – період переключень;

p'(w, p) – параметр вібрації, що визначається за формулою П.М. Заіки;

R – коефіцієнт нормальної складової швидкості при ударі;

л – коефіцієнт ударного тертя.

Продуктивність вібродозатора, що досліджується, буде визначатися за очевидною формулою:

, т/год (12)

де – площа потоку матеріалу, м2;

– швидкість витоку матеріалу, м/с;

– об’ємна щільність матеріалу, що дозується, кг/м3.

Залежність ефективної площі випускного каналу від частоти та амплітуди коливань вібролотка обчислюється інтегралом:

, м2 (13)

Виходячи з формул (7, 11, 12, 13), отримуємо залежність продуктивності вібраційного дозатора від геометричних та кінематичних параметрів, а також від механіко-технологічних властивостей дозуємого матеріалу. За результатами розрахунків побудовано теоретичні криві продуктивності вібраційного дозатора при дозуванні пшениці, ячменю та вівса (рис. 4-6).

Аналіз отриманих результатів дозволив зробити висновок, що при ширині вібролотка 140…160 мм, амплітуді коливань 15…19 мм, куті нахилу вібролотка 24…26 та діапазоні частот коливань вібролотка від 680 до 700 хв-1 (11,4…11,8 Гц) буде забезпечена продуктивність вібраційного дозатора в межах 0,25...1,0 т/год в залежності від зернової культури, що дозується. Ці інтервали основних конструктивно-технологічних параметрів вібраційного дозатора потрібно дослідити більш ретельно.

У третьому розділі „Програма та методика експериментальних досліджень” викладено програму експериментальних досліджень, описано прилади та експериментальну установку, наведено методи проведення та обробки результатів експериментальних досліджень.

Програмою досліджень передбачалося визначити основні механіко-технологічні характеристики дозуємих матеріалів, які використовуються при виробництві комбікормів, визначити залежності продуктивності та енергоємності дозатора від його конструктивно-технологічних параметрів (частота і амплітуда коливань вібролотка та кут нахилу вібролотка до горизонту) в широких діапазонах зміни їх значень.

При проведенні лабораторних досліджень особливу увагу було приділено визначенню реальних механіко-технологічних характеристик дозуємих зернових матеріалів (пшениці, ячменю та вівса) – розміру часток, коефіцієнтам внутрішнього тертя та тертя по поверхні вібролотка, вологості, насипній щільності.

Для проведення експериментальних досліджень у лабораторії ЛНАУ було сконструйовано та виготовлено експериментальну установку (рис. 7).

Лабораторна установка для експериментального вивчення процесу дозування зернових матеріалів вібраційним дозатором складається із вібраційного дозатора з приводом 1, автотрансформатора 2, вимірювального комплекту К-505 3 та стрічкового транспортеру 4, на якому розставлено приймальні ємності 5.

У четвертому розділі „ Результати експериментальних досліджень” наведено результати проведених лабораторних експериментальних досліджень з визначення механіко-технологічних характеристик дозуємого матеріалу та конструктивно-технологічних характеристик вібраційного дозатора. Експериментальна установка передбачала можливість регулювання:

- кута нахилу вібролотка шляхом зміни висоти передньої стінки стабілізуючої камери;

- частоти коливань вібролотка шляхом зміни частоти обертання мотор-редуктору приводу;

- амплітуди коливань вібролотка шляхом зміни довжини шатуна

Для оптимізації конструктивно-технологічних параметрів вібраційного дозатора використано майже ротатабельний план Бокса-Бенкіна другого порядку. За основний критерій оптимізації параметрів дозатора було прийнято продуктивність Q, за обмежуючий - питому енергоємність процесу дозування Е.

На основі пошукових експериментів та апріорних допущень, зроблених на основі аналізу наукових робіт, присвячених вібраційним дозаторам, за фактори оптимізації було обрано: кут нахилу вібролотка до горизонту б, частоту обертання мотор-редуктора n, амплітуду коливань вібролотка S. За результатами було побудовано експериментальні криві залежності продуктивності та енергоємності вібраційного дозатора від його конструктивно-технологічних параметрів, які наведені на рис. 8.

Було отримано рівняння регресії, які представлено в розкодованому вигляді (14-19).

Для пшениці:

Q = -3,4041157 + 0,0069483·n - 0,0000065·n2 + 0,0409881·S + 0,0028027·S2 + 0,0871815·б –

- 0,0011674·б2 + 0,0000907·n·S + 0,0000107·n·б - 0,0034952·S·б, т/год. (14)

Характеристика адекватності рівняння: R2 = 0,984; F = 17,579; p = 0,002832.

Е = -1,3783669 + 0,0022163·n + 0,0000036·n2 - 0,021244·S + 0,0197815·S2 + 0,0504463·б +

+ 0,0069385·б2 + 0,0001304·n·S - 0,000289·n·б - 0,0202524·S·б, кВт·год/т. (15)

Характеристика адекватності рівняння: R2 = 0,971; F = 9,041; p = 0,012967.

Для ячменю:

Q = -0,4734701 + 0,0089019·n - 0,000006·n2 + 0,019826·S + 0,0022355·S2 - 0,1677552·б +

+ 0,0028431·б2 + 0,0000036·n·S - 0,0000157·n·б - 0,0012417·S·б, т/год. (16)

Характеристика адекватності рівняння: R2 = 0,954; F = 5,584; p = 0,036374.

Е = 84,1579514 - 0,2520037·n + 0,0001436·n2 - 4,1381927·S + 0,0776797·S2 + 2,2758722·б -

- 0,0343111·б2 + 0,0027434·n·S + 0,000249·n·б - 0,0113667·S·б, кВт·год/т. (17)

Характеристика адекватності рівняння: R2 = 0,966; F = 7,712; p = 0,018373.

Для вівса:

Q = 0,2886955 - 0,0023757·n + 0,0000099·n2 + 0,0505965·S - 0,0021156·S2 + 0,0079761·б +

+ 0,0021918·б2 + 0,0000449·n·S - 0,0002674·n·б - 0,0009128·S·б, т/год. (18)

Характеристика адекватності рівняння: R2 = 0,904; F = 2,474; p = 0,165518

Е = -154,189809 + 0,6099579·n - 0,0005586·n2 - 1,2806458·S + 0,3531354·S2 - 1,1752611·б +

+0,0699089·б2 + 0,0029429·n·S + 0,0005303·n·б - 0,28865·S·б, кВт·г/тод. (19)

Характеристика адекватності рівняння: R2 = 0,944; F = 4,545; p = 0,055073.

Після отримання рівнянь регресії було вирішено компромісну задачу – на поверхню відклику основного параметру оптимізації накладено обмеження додаткового параметру та знайдено точки оптимуму. Результати наведено в таблиці 2.

Таблиця 2

Результати оптимізації процесу вібраційного дозування зернових матеріалів

Зернова

культура | Частота коливань вібролотка, Гц | Кут нахилу вібролотка, град | Амплітуда коливань вібролотка, мм | Продуктивність, т/год | Енергоємність, кВт·год/т

Пшениця | 10,6 | 31 | 11 | 0,410 | 0,189

Ячмінь | 11,5 | 33 | 15 | 0,238 | 0,225

Овес | 10,2 | 30 | 12 | 0,144 | 0,506

Експериментальні дослідження довели, що ефективність технологічного процесу дозування зернових матеріалів за допомогою вібраційного дозатора при виробництві комбікормів можна підвищити за рахунок зменшення тиску матеріалу з бункера на робочий орган дозатора шляхом винесення вібролотка з-під бункера в стабілізаційну камеру та за рахунок використання механічного привода з шатуном, що вільно скорочується.

У п’ятому розділі „Економічна ефективність використання вібраційного дозатора зернових матеріалів та рекомендації щодо його використання” наведено результати визначення техніко-економічних показників застосування вібраційного дозатора в сільському господарстві, який може використовуватися замість дискового дозатора ДШ-2. Основні техніко-економічні показники порівняння дозаторів представлено в таблиці 3.

Таблиця 3

Основні техніко-економічні показники порівняння дозаторів зернових матеріалів

Показники | Позначення | Одиниці

виміру | Варіанти

базовий | новий

дисковий

дозатор ДШ-2 | вібраційний дозатор

1. Маса дозатора | mд | кг | 57 | 18

2. Продуктивність | Qу | т/год | 1,17 | 0,4

3. Потрібна потужність | Nпр | кВт | 1,1 | 0,25

4. Балансова ціна | Цб | грн. | 506,3 | 159,89

5. Прямі витрати | И | грн. | 6923,08 | 6408,07

6. Річний економічний ефект | Ер | грн. | - | 591,2

7. Термін окупності капітальних вкладень | Токуп | літ | - | 0,3

При розрахунковій ціні 160 грн. від використання одного такого дозатора очікується річний ефект у розмірі 591,2 грн. (порівняно з використанням ДШ-2). Термін окупності складе 0,3 року. Розроблено методику інженерного розрахунку вібраційного дозатора та рекомендації щодо його використання, які було передано СТОВ „Мирная долина” Краснодонського району та ВАТ „Племзавод им. Литвинова” Слов’яносербського району Луганської області.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Аналізом схем та режимів роботи існуючих дозаторів сипких матеріалів встановлено, що найбільшу ефективність та найменшу енергоємність має вібраційний дозатор з механічним приводом вібролотка за допомогою кривошипно-шатунного механізму.

2. Запропоновано вдосконалений вібраційний дозатор сипких матеріалів зі зниженим тиском матеріалу на робочий орган, що реалізується винесенням вібролотка в передню частину корпуса дозатора.

3. Розроблено вдосконалену математичну модель процесу дозування сипких матеріалів вібраційним дозатором, яка враховує зміну тиску матеріалу, що дозується, на вібролоток під час його коливань.

4. Теоретично обґрунтовано раціональні параметри вібраційного дозатора: ширина вібролотка - 140...160 мм, амплітуда коливань вібролотка – 15...19 мм, частота коливань вібролотка – 11,4...11,8 Гц, кут нахилу вібролотка до горизонту – 24...26є, які забезпечують максимальну продуктивність 0,982 т/год.

5. На основі експериментальних досліджень отримані регресійні моделі, які з вірогідністю 0,9...0,98 відтворюють залежності продуктивності та енергоємності процесу від основних параметрів дозатора.

6. Аналізом отриманих експериментальних залежностей визначені раціональні конструктивні та технологічні параметри вібраційного дозатора, які для різних зернових культур складають: частота коливань вібролотка 10,2...11,5 Гц, кут нахилу вібролотка 30...33, амплітуда коливань вібролотка 11...15 мм, продуктивність 0,144...0,410 т/год, енергоємність 0,189...0,506 кВт·год/т. Розбіжність показників отриманих теоретично та експериментально знаходиться в межах 5...16%.

7. Впровадження запропонованого дозатора у виробництво порівняно з дисковим дозатором ДШ-2 дає економічний ефект у розмірі 591,2 грн., а термін окупності складе 0,3 року.

8. Розроблено рекомендації щодо використання запропонованого вібраційного дозатора та методику інженерного розрахунку, що дозволить розрахувати вібраційний дозатор будь-якої продуктивності, які було передано господарствам Луганської області.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Вольвак С. Ф., Богданов Е. В. К обоснованию конструктивно-технологической схемы дозатора мобильного комбикормоприготовительного агрегата / Збірник наукових праць Луганського національного університету. Серія: Технічні науки. – Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2005. - № 49 (72). – С. 111 – 115. (Автором виконано обґрунтування конструктивно-технологічної схеми вібраційного дозатора для мобільного комбікормоприготувального агрегату).

2. Вольвак С. Ф., Богданов Е. В. К обоснованию параметров дозатора мобильного комбикормоприготовительного агрегата / Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка. Випуск 42: Вдосконалення технологій та обладнання виробництва продукції тваринництва. – Харків: Видавництво ХНТУСГ, 2005. – С. 154 – 159. (Автором виконано дослідження механіко-технологічних властивостей зернових матеріалів, що використовують при виробництві комбікормів, та обґрунтовано раціональні значення основних параметрів вібраційного дозатора, що досліджується).

3. Вольвак С. Ф., Богданов Е. В. Определение теоретической производительности вибрационного дозатора сыпучих материалов / Збірник наукових праць Луганського національного університету. Серія: Технічні науки. – Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2006. - № 64/87. – С. 104 – 107. (Автором розроблено конструктивно-технологічну схему вібраційного дозатора мобільного комбікормоприготувального агрегату та обґрунтовано методику теоретичного визначення його продуктивності).

4. Богданов Е. В. Разработка математической модели движения рабочего органа вибрационного дозатора мобильного комбикормоприготовительного агрегата / Збірник наукових праць Луганського національного університету. Серія: Технічні науки. – Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2006. - № 68/91. – С. 17 – 21.

5. Богданов Е. В. Обоснование пределов варьирования факторов при теоретическом исследовании вибрационного дозатора мобильного комбикормоприготовительного агрегата / Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка. Випуск 48: Вдосконалення технологій та обладнання виробництва продукції тваринництва. – Харків: Видавництво ХНТУСГ, 2006. – С. 136 – 142.

6. Богданов Е. В. Оптимизация показателей режима работы вибрационного дозатора мобильного комбикормоприготовительного агрегата при дозировании зерна ячменя / Праці Таврійської державної агротехнічної академії. – Випуск 7, - Том 1. – Мелітополь: ТДАТА, 2007. – С. 62 – 69.

АНОТАЦІЯ

Богданов Є. В. Обґрунтування технологічного процесу та розробка конструкції вібраційного дозатора мобільного комбікормоприготувального агрегату. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за фахом 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Луганський національний аграрний університет, Луганськ, 2007.

Дисертацію присвячено питанням підвищення ефективності технологічного процесу дозування зернових матеріалів при виробництві комбікормів мобільними агрегатами.

На підставі результатів проведеного критичного аналізу конструкцій існуючих дозаторів зерна і робіт вчених, присвячених цим питанням, доведено необхідність розробки вібраційного дозатора для мобільних комбікормоприготувальних агрегатів, який дозволяє підвищити продуктивність і знизити питому енергоємність процесу за рахунок зниження тиску матеріалу на робочий орган дозатора.

Розроблено розрахункову модель функціонування дозуючої системи та конструктивно-технологічну схему вібраційного дозатора зернових матеріалів. Проведено теоретичний аналіз технологічного процесу дозування зернових матеріалів, у результаті якого одержано математичні моделі процесу дозування різних зернових культур, а також математичні залежності, що характеризують технологічний процес дозування і дозволяють теоретично визначити основні конструктивно-технологічні параметри вібраційного дозатора.

Сплановано та проведено багатофакторний експеримент, на підставі якого виконано оптимізацію основних конструктивно-технологічних параметрів вібраційного дозатора зі зниженим тиском матеріалу, що дозується, на робочий орган.

На підставі проведених досліджень розроблено експериментально-промисловий зразок дозатора зі зниженим тиском матеріалу на робочий орган, перевірка якого в лабораторних та виробничих умовах показала його працездатність та ефективність.

Ключові слова: технологічний процес дозування зернових матеріалів, вібраційний дозатор мобільного комбікормоприготувального агрегату, тиск матеріалу на робочий орган.

АННОТАЦИЯ

Богданов Е.В. Обоснование технологического процесса и разработка конструкции дозатора для мобильного комбикормоприготовительного агрегата. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Луганский национальный аграрный университет, Луганск, 2007.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности технологического процесса дозирования зерновых материалов при производстве комбикормов мобильными агрегатами.

На основании результатов проведенного критического анализа конструкций существующих дозаторов зерна и работ ученых, посвященных этим вопросам, доказана необходимость разработки вибрационного дозатора для мобильных комбикормоприготовительных агрегатов, позволяющего повысить производительность и снизить удельную энергоемкость процесса за счет снижения давления дозируемого материала на рабочий орган дозатора.

Разработана расчетная модель функционирования дозирующей системы и конструктивно-технологическая схема вибрационного дозатора зерновых материалов. В качестве привода вибролотка применен кривошипно-шатунный механизм с шатуном, который изменяет свою длину в процессе рабочего цикла дозатора. Проведен теоретический анализ технологического процесса дозирования зерновых материалов, в результате которого получены математические модели процесса дозирования различных зерновых культур, а также математические зависимости, характеризующие технологический процесс дозирования и позволяющие теоретически определить основные конструктивно-технологические параметры вибрационного дозатора. Определены основные механико-технологические свойства зерновых кормового направления.

С целью подтверждения результатов теоретических исследований проведен многофакторный эксперимент по оптимизации процесса дозирования зерновых материалов вибрационным дозатором со сниженным давлением дозируемого материала на рабочий орган. Получены регрессионные зависимости производительности и энергоемкости по исследуемым культурам, на их основе построены поверхности отклика и их двумерные сечения, анализ которых и решение компромиссной задачи способствует оптимизации конструктивно-технологических параметров вибрационного дозатора.

Выполнена оптимизация основных конструктивно-технологических параметров дозатора. Определены рациональные значения углов наклона вибролотка, частоты и амплитуды колебаний для каждой исследуемой зерновой культуры.

В результате проведенных исследований разработан образец вибрационного дозатора зерновых материалов, проверка работы дозатора в лабораторных и производственных условиях показала его работоспособность и эффективность.

Предложены рекомендации по использованию разработанного дозатора и методика его инженерного расчета, что позволяет широко применять его для производства комбикормов в кормоцехах различного типа.

Ключевые слова: технологический процесс дозирования зерновых материалов, вибрационный дозатор мобильного комбикормоприготовительного агрегата, давление материала на рабочий орган.

THE SUMMARY

Bogdanov E.V. Substantiation of techmological process and development (designing) of metering construction for mobile mized fodders making unit (machine). - the 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, 2007.

Dissertation is devoted by the question of increase of efficiency of technological process of dosage of corn materials at production of the mixed fodders by mobile aggregates.

On the basis of results of the conducted critical analysis of constructions of existent metering devices of corn and works of the scientists devoted by this question, the necessity of development of vibration metering device for mobile mixed fodders production aggregates, which allows to promote the productivity and reduce specific power costs of process due to the decline of pressure of material on the working organ of metering device, is proved.

The calculation model of functioning is developed by measuring out the systems and structurally-technological chart of vibration metering device of corn materials. The theoretical analysis of technological process of dosage of corn materials is conducted, in the total which is got mathematical models of process of dosage of different corn cultures, and also mathematical dependence which characterizes the technological process of dosage and allows in theory to define the main structurally-technological parameters of vibration metering device.

It is planned and the multifactor experiment on the basis of which optimization of main structurally-technological parameters of vibration metering device is executed with the reduced pressure of material is conducted, that is measured out, on a working organ.

On the basis of the conducted researches the experimentally-industrial prototype of metering device is developed with the reduced pressure of material on a working organ verification of which in laboratory and productions terms showed his capacity and efficiency.

Keywords: technological process of dosage of corn materials, vibration metering device of mobile mixed fodders production aggregate, pressure of material on a working organ.